Ученые объяснили визуальную стабилизацию при двухфазных саккадах

Подавление и планирование — два механизма, используемые для стабилизации визуального мира в момент движения глаз, — могут работать независимо друг от друга. Это выяснили европейские ученые, которые проверили способность такой стабилизации при двухфазных саккадах (быстрых движений глаз), сообщается в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports. 

При наблюдении за движущимися объектами или при визуальном поиске одного предмета среди нескольких ориентация взгляда происходит благодаря движениям глаз, головы и тела. При наблюдении за статическими изображениями или при взгляде в одну точку подобное обилие моторных действий не требуется. Человеческий глаз, однако, находится в постоянном движении, совершая саккады — быстрые (от 10 до 80 миллисекунд), строго согласованные движения, амплитуда которых относительно визуального поля зависит от расстояния между двумя точками фиксации.

Во время таких движений отражение изображения реального мира проходит по поверхности сетчатки с огромной скоростью. Тем не менее, в нашем восприятии эта картина никак не искажается и мы воспринимаем изображение мира достаточно стабильным — как при наблюдении за движущимися объектами, так и при осмотре статичной сцены. Эту функцию зрительной системы принято называть стабильностью визуального мира (англ. stability of the visual world), а ее механизмы до сих пор не до конца изучены.

Одна теория, объясняющая такую стабильность, заключается в том, что эфферентная копия (англ. efference copy) — предсказание изменения сенсорных сигналов — движений глаз помогает зрительной системе получать информацию о наличии саккады до ее выполнения, тем самым подавляя искажение изображения. Авторы новой работы под руководством Паолы Бинды (Paola Binda) из Пизанского университета решили проверить, как такая теория объясняет стабилизацию визуального мира в особых условиях, а именно — при выполнении двухфазных саккад. Ученые предположили, что если создание эфферентной копии (то есть все саккадическое планирование) будет завершено до совершения первой саккады, вторая саккада будет нарушена — как в плане стабилизации изображения, так и в плане подавления лишней информации (в данном случае — движений). 

Для этого ученые провели эксперимент с использованием прибора, записывающего движения глаз (окулографа, или ай-трекера). В качестве дизайна эксперимента исследователи выбрали парадигму двухфазных саккад (англ. the double-step paradigm), направленную на изучение саккадического планирования при визуальном внимании. Во время задания участнику необходимо следить за перемещением цели: изначально точка находится, например, в начале горизонтальной прямой, а затем появляется в середине и в конце. При выполнении второй саккады (то есть при движении взгляда в последнюю точку) между последним и предпоследним стимулом на вертикальной прямо появляются две точки: одна до и одна после выполнения последней саккады. Оценивается, таким образом, стабильность саккад относительно появляющихся точек. Появляясь одна за другой, эти точки представляют некое движение, которое позволяет оценить, как саккада при переносе фиксации из одной точки в другую соотносится с саккадами в направлении появляющихся точек.

Предыдущие работы показали, что при переносе взгляда между стимулами слева направо траектория саккад между точками на такой вертикальной прямой также имеет небольшой наклон слева направо: таким образом, эфферентая копия движения из одной точки в другую действует и на отвлекающие стимулы. Это, в свою очередь, отражает визуальную стабильность: визуальная обработка нерелевантных двигающихся стимулов происходит параллельно обработке цели. 

Ученые выяснили, что при использовании горизонтальной прямой из трех точек (то есть при двухфазной саккаде) этого не происходит: траектория движения при выполнении саккад в сторону появляющихся на вертикальной прямой точек происходит не по направлению движения основных стимулов, то есть справа налево. 

Далее ученые проверили, как во время двухфазных саккад происходит подавление информации — задержка или неспособность определения изменения положения стимула в том случае, если изменение было совершено сразу до, после или вовремя совершения саккады. В качестве такого изменения ученые использовали контрастность экрана. Ученые выяснили, что подавление информации о положении точек происходит одинаково как при первой саккаде, так и при второй.

Таким образом, исследователи подтвердили свое предположение о том, что саккадическое планирование при двухфазной саккаде (то есть создание эфферентной копии движения) происходит только при первой саккаде — поэтому визуальная стабилизация при двухфазной саккаде нарушается. При этом, саккадическое подавление информации о движении стимула работало одинаково как при первой, так и при второй саккаде. По мнению ученых, это может означать, что саккадическое планирование и подавление при стабилизации визуального мира происходят с использованием двух различных перцептивных механизмов. Тем не менее, говорить о том, что это два независимых процесса, нельзя: скорее всего, причиной такого разделения является специфика двухфазных саккад, а именно — создание эфферентной копии только на первом ее шаге.

Ученые изучают и другие особенности человеческого зрения. Например, недавно ученые выяснили, что при визуальном поиске помочь найти цель может даже отвлекающая информация, а пользоваться при этом нисходящим вниманием (то есть изначально известной информацией) можно даже во младенчестве.

Елизавета Ивтушок