Испытуемые. В эксперименте приняли участие 16 человек, студенты факультета психологии МГУ имени М. В. Ломоносова, 14 женщин и 2 мужчин в возрасте от 20 до 25 лет, с нормальным или скорректированным зрением.

Аппаратура. Предъявление зрительной стимуляции осуществлялось с помощью 19Y ЖК-монитора, расположенного на расстоянии 60-65 см от испытуемого. Ответы испытуемого фиксировались с помощью клавиатуры. Программирование экспериментальных заданий было осуществлено в программной среде ExperimentBuilder производства SR Research (Канада). Регистрация движений глаз осуществлялась с помощью системы бесконтактной видеорегистрации движений глаз Eyelink 1000 производства SR Research (Канада) с частотой 250 Гц. Выделение фиксаций осуществлялось на основе обработки данных о скорости и ускорении движений глаз.

24

Схема эксперимента. Основной задачей испытуемых было определение наличия изображений людей на фотографиях городских сцен. Фотографии были отобраны случайным образом из набора фотографий, описанного в работе Эрлингера и др. (Ehringer et al., 2009). Указанный набор содержит фотографии городских сцен, уравненные по наличию изображений людей, их пространственному расположению, средней яркости фотографий, и используется для разработки алгоритмов компьютерного зрения, позволяющих автоматически выделять области, непроизвольно привлекающие внимание испытуемых. Из 912 фотографий, содержащихся в этом наборе, для предъявления были отобраны 50 фотографий, содержащих изображения людей, и 50 фотографий, не содержащих изображений людей.

Было использовано два экспериментальных условия - условие с нагрузкой на вербальную рабочую память и условие без нагрузки на вербальную рабочую память. В условии с нагрузкой на вербальную рабочую память испытуемые во время выполнения основного задания должны были удерживать в рабочей памяти набор из четырех случайно отобранных цифр. С этой целью перед предъявлением каждого зрительного кадра, для которого следовало определить наличие или отсутствие изображений людей, испытуемым в течение 5 секунд зрительно предъявлялся набор из четырех цифр. После выполнения основной задачи - определения наличия или отсутствия изображений людей на предъявленном зрительном кадре - испытуемым предъявлялась цифра, и они должны были определить, содержалась ли она в предъявленном ранее наборе цифр. Ответы испытуемых фиксировались при помощи клавиатуры («да» - клавиша «?», «нет» - клавиша «z»). Аналогично фиксировались ответы испытуемого при выполнении основного задания. Зрительные кадры основного задания предъявлялись случайным образом.

В условии без нагрузки на вербальную рабочую память испытуемые выполняли только основное задание, определяя наличие изображений людей в серии зрительных кадров. Порядок предъявления экспериментальных условий был сбалансирован между испытуемыми (по схемам АВ и ВА).

Регистрируемые показатели. В ходе эксперимента фиксировалась точность выполнения задачи зрительного поиска (доля правильных ответов при определении наличия изображений людей) и удержания информации в рабочей памяти (доля правильных ответов при опознании цифр). Регистрировался ряд показателей глазодвигательной активности, включая характеристики фиксаций и саккад:

– длительность фиксаций;

– амплитуда саккад; - средняя скорость саккад;

– пиковая скорость саккад.

В качестве показателя ментальной нагрузки также регистрировался размер зрачка. Обработка данных производилась с помощью t-критерия Стъюдента для зависимых выборок. При анализе длительности фиксаций производилось построение индивидуальных эмпирических распределений длительности фиксаций и их подгонка к экспоненциальногауссовскому распределению с применением методов нелинейной оптимизации, реализованных в пакете GAMLSS программной среды R. Полученные таким образом индивидуальные распределения длительности фиксаций описывались с помощью трех параметров (?, ?, IJ), с использованием которых проводился дальнейший статистический анализ. Два параметра - ? и ? - характеризуют, соответственно, среднее и стандартное отклонение гауссовского компонента экспоненциально-гауссвоского распределения, а параметр IJ характеризует степень смещения экспоненциального компонента экспоненциально-гауссовского распределения вправо. Моделирование распределения длительности фиксаций с помощью экспоненциальногауссовского распределения получили сегодня определенное распространение (см., например: Staub, Benatar, 2013). Особый интерес при использовании этого метода представляет анализ параметра IJ, отражающего долю «сверхдлинных фиксаций», связанных с процессами сознательной, фокальной зрительной обработки (Velichkovsky et al., 2005).

Результаты.

Данные о точности выполнения задачи зрительного поиска показывают, что нагрузка на вербальную рабочую память приводит к ее изменению. Согласно тесту КолмогороваСмирнова, показатели точности выполнения зрительного поиска (% правильных ответов) были распределены в соответствии с нормальным распределением (в условии без нагрузки на рабочую память - Z=0,98, p>0,05; в условии с нагрузкой на рабочую память - Z=0,92, p>0,05), что делает правомерном применение параметрического критерия сравнения средних при их сопоставлении. В условии без нагрузки средняя точность зрительного поиска составила 93%, а в условии с нагрузкой - 97,6%. Это различие оказывается значимым, t(15)=3,54, p<0,01. Точность выполнения задачи на рабочую память (опознание цифр) составила 97%. Индивидуальные значения точности зрительного поиска (рис. 1) указывают на общий характер выделенного эффекта.

Рис. 1. Индивидуальная точность зрительного поиска в зависимости от нагрузки на вербальную рабочую память

Данные о параметрах глазодвигательной активности дают неоднородную картину их динамики под влиянием нагрузки на вербальную рабочую память. Во-первых, для показателя средней длительности фиксаций не было обнаружено влияния нагрузки на рабочую память. Распределения длительности фиксация в разных экспериментальных условиях соответствовали нормальному закону (Z=0,52, p>0,05 - в условии без нагрузки на рабочую память; Z=0,84, p>0,05 - в условии с нагрузкой на рабочую память). В условии без нагрузки на рабочую память средняя длительность фиксаций составила 259 мс, а в условии с нагрузкой на рабочую память она составила почти идентичные 257 мс. Это различие не является не значимым, t(15)=-0,39, p>0,05. Отсутствие различий между средней длительности фиксаций в условиях с нагрузкой на рабочую память и без нее является неожиданным результатом, так как длительность фиксаций является достаточно надежным показателем уровня когнитивной нагрузки. В связи с этим был проведен дополнительный анализ распределений длительности фиксаций (см. далее).

Во-вторых, для различных параметров саккадических движений глаз - амплитуды саккад, средней скорости саккад и пиковой скорости саккад - было обнаружено влияние нагрузки на вербальную рабочую память. Распределение параметров саккад соответствовало нормальному распределению. Для амплитуды саккад значения критерия Колмогорова- Смирнова составили Z=0,47 (p>0,05) и Z=0,62 (p>0,05) в условии без нагрузки на рабочую память и с нагрузкой на рабочую память, соответственно; для средней скорости саккад значения критерия Колмогорова-Смирнова составили Z=0,52 (p>0,05) и Z=0,64 (p>0,05); для пиковой скорости саккад - Z=0,57 (p>0,05) и Z=0,67 (p>0,05). Средняя амплитуда саккад в условии без нагрузки на рабочую память составила 5,7 градусов, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 6,2 градуса. Это различие является значимым, t(15)=-8,33, p<0,001 (рис. 2). Средняя скорость саккад в условии без нагрузки на рабочую память составила 161 градусов/секунду, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 171 градусов/секунду. Такое увеличение средней скорости саккад является значимым, t(15)=-7,8, p<0,001 (рис. 3). Пиковая скорость саккад в условии без нагрузки на рабочую память составила 190 градусов/секунду, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 202 градуса/секунду. Данное различие является значимым, t(15)=-6,2, p<0,001 (рис. 4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Изменение амплитуды Рис. 3. Изменение средней Рис. 4. Изменение пиковой саккад (угл. град.) в зависи-скорости саккад (угл. град./с) скорости саккад (угл. град./с) мости от нагрузки на вербаль-в зависимости от нагрузки на в зависимости от нагрузки на ную рабочую памятьвербальную рабочую памятьвербальную рабочую память

Нагрузка на рабочую память ожидаемым образом приводила и к изменению размера зрачка. Распределение значений размера зрачка соответствовало нормальному закону (Z=0,66, p>0,05 - в условии без нагрузки на рабочую память, Z=0,59, p>0,05 - в условии с нагрузкой на рабочую память). В условии без нагрузки на рабочую память размер зрачка составил 357 условных единиц, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 325 условных единиц. Данное различие является значимым, t(15)=3,24, p<0,01.

Таким образом, были получены результаты, свидетельствующие о изменении параметров саккад и размера зрачка в условии с нагрузкой на рабочую память, а также результаты об отсутствии изменения длительности фиксаций в этом условии. Такие результаты представляются противоречивыми, так как использованные параметры саккад, размер зрачка, а также длительность фиксаций являются показателями, чувствительными к увеличению нагрузки на центральные элементы системы переработки информации у человека. В этой связи был проведен дополнительный анализ индивидуальных распределений длительности фиксаций с целью выявления изменений параметров распределения длительности фиксаций под влиянием нагрузки на вербальную рабочую память.

Для каждого испытуемого в каждом экспериментальном условии была осуществлена подгонка распределения длительности фиксаций к экспоненциально-гауссовскому распределению и определены оптимальные параметры этого распределения (?, ?, IJ - см. раздел Методика). Для всех параметров были обнаружены значимые различия между условием с нагрузкой на вербальную рабочую память и условием без нагрузки на вербальную рабочую память. Среднее значение параметра ? в условии без нагрузки на рабочую память составило 128, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 135. Данное различие является значимым, t(14)=-2,33, p<0,05. Среднее значение параметра ? в условии без нагрузки на рабочую память составило 3,87, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 3,96. Данное различие является значимым, t(14)=-3,95, p<0,05. Среднее значение параметра IJ в условии без нагрузки на рабочую память составило 4,86, а в условии с нагрузкой на рабочую память - 4,78. Данное различие также является значимым, t(14)=2,34, p<0,05. Таким образом, нагрузка на рабочую память не приводит к изменению среднего значения длительности фиксаций, но приводит к изменению параметров, моделирующих распределения фиксаций экспоненциально-гауссовских распределений. Гауссовские компоненты этих распределений смещаются вправо и характеризуются увеличенным разбросом значений, а экспоненциальные компоненты распределений под влиянием нагрузки на рабочую память несколько смещаются влево. Последний результат можно интерпретировать как свидетельство снижения доли «сверх-длинных» фиксаций при осуществлении зрительного поиска в условии с нагрузкой на вербальную рабочую память. Обсуждение

Проведенное исследование было посвящено изучению степени влияния нагрузки на вербальную рабочую память на выполнение задачи, требующей привлечения ресурсов зрительно-пространственной рабочей памяти. В частности, в исследовании был поставлен вопрос о том, приводит ли нагрузка на вербальную рабочую память к изменению характеристик глазодвигательной активности при выполнении задачи зрительного поиска. Полученные результаты показывают, что нагрузка на рабочую память влияет на выполнение задачи зрительного поиска и сопровождающую его глазодвигательную активность.

Во-первых, было обнаружено значимое увеличение точности выполнения зрительного поиска в условии с нагрузкой на вербальную рабочую память. Такой результат может быть объяснен различиями в уровне мобилизации когнитивных ресурсов, характерном для работы в разных экспериментальных условиях. В условии без нагрузки на вербальную рабочую память задача зрительного поиска высокозаметных фигур людей является достаточно простой для испытуемых, в силу чего при ее выполнении у них может развиваться состояние монотонии. Такие состояния приводят к увеличению количества ошибок при выполнении простой деятельности с высокой скоростью (Леонова, 1984). В условии с нагрузкой на вербальную рабочую память необходимость выделять когнитивные ресурсы на удержание информации в рабочей памяти приводит к увеличению сложности деятельности, которое сопровождается повышением уровня энергетического и ресурсного обеспечения (Канеман, 2006). Усложнение условий деятельности может приводить к мобилизации процессов когнитивной сферы, косвенным следствием которой является повышение точности зрительного поиска.

Во-вторых, между условиями с нагрузкой на вербальную рабочую память и без нагрузки на вербальную рабочую память были обнаружены значимые различия в ряде характеристик глазодвигательной активности, сопровождающей зрительный поиск. Такие различия обнаружены для амплитуды саккад, а также средней и пиковой скорости саккад. Показано (Ahlstrom, Friedman-Berg, 2006; DiStasi et al., 2011), что увеличение этих показателей является индикатором увеличения когнитивной нагрузки - умственного усилия, которое необходимо приложить для решения когнитивной задачи (Канеман, 2006). Полученные результаты подтверждают предположение о том, что нагрузка на вербальную рабочую память приводит к использованию неспецифических когнитивных ресурсов, т.е. таких когнитивных ресурсов, которые обеспечивают решение любых когнитивных задач.

Вывод об увеличении когнитивной нагрузки и возникающей вследствие этого мобилизации когнитивных ресурсов под влиянием нагрузки на вербальную рабочую память подтверждается изменениями параметров длительности фиксаций. Эти изменения касаются трех аспектов индивидуальных распределений длительности фиксаций - среднего значения гауссовского компонента распределений длительности фиксаций, их стандартного отклонения, а также среднего значения экспоненциального компонента распределений длительности фиксаций. Эти результаты, с одной стороны, показывают, что для основной массы фиксаций (представленной гауссовским компонентом распределения) их длительность, а также разброс длительности вокруг среднего значения увеличивается, и таким образом свидетельствуют о том, что при выполнении задания с нагрузкой на вербальную рабочую память увеличивается сложность работы, которая проявляется в замедлении глазодвигательной активности и снижении степени сознательного контроля над ее осуществлением. С другой стороны, смещение экспоненциального компонента распределения длительности фиксаций влево свидетельствует о том, что длительность фиксаций, соответствующих этому компоненту, уменьшается. Экспоненциальному компоненту могут соответствовать «долгие» фиксации (обычно более 300-500 мс), связанные с сознательной зрительной обработкой. При увеличении сложности заданий доля таких фиксаций обычно увеличивается, что может быть связано с увеличением уровня сознательного контроля за осуществляемой деятельностью. Наблюдаемое в данном случае изменение среднего экспоненциального компонента свидетельствует о снижении доли «долгих» фиксаций, что может говорить о снижении уровня сознательного контроля над выполнением задачи зрительного поиска.

Процесс выполнения использованной в исследовании задачи зрительного поиска содержит как автоматические компоненты, так и компоненты, требующие сознательного контроля. В частности, показано, что при поиске объектов в экологически валидных сценах целенаправленные процессы организации зрительного поиска, учитывающие содержание сцен и вероятное расположение целевых объектов, позволяют существенно уменьшить зону поиска и снизить время нахождения цели. С другой стороны, изолированные фигуры людей являются объектами с высокой значимостью, обнаружение которых обеспечивается автоматизированными механизмами обнаружения. Обнаруженные в данном исследовании изменения параметров глазодвигательной активности, возможно, говорят о том, что нагрузка на вербальную рабочую память приводит: 1) к выполнению задачи зрительного поиска в условиях увеличенной когнитивной нагрузки и 2) к снижению роли сознательного контроля над выполнением задачи зрительного поиска и увеличению степени его автоматизации. Саккадические движения глаз становятся более длинными и осуществляются с более высокой скоростью, а для фиксаций характерно некоторое замедление в среднем и увеличенный разброс длительности фиксаций (признак зависимости от низкоуровневых, перцептивных признаков рассматриваемого изображения). Кроме того, снижается необходимость длительного сознательного рассматривания объектов. Такие движения глаз соответствуют автоматическому режиму обработки информации, при котором зрительный поиск осуществляется в ускоренном темпе с ориентацией на низкоуровневые, перцептивные особенности изображений, а не на медленное, стратегически контролируемое рассматривание изображений.

Полученные результаты позволяют сделать выводы о взаимодействии вербального и зрительно-пространственного компонентов рабочей памяти. Как уже отмечалось выше, в литературе высказываются различные предположения о характере такого взаимодействия. В частности, эти предположения носят совершенно противоположный характер - одни исследователи говорят о полной независимости модально-специфичных компонентов, другие утверждают, что вербальный и зрительно-пространственный компоненты находятся в отношениях взаимодействия и взаимовлияния. В последнем случае возникает вопрос о том, какой механизм обеспечивает возникновение такого влияния и какова роль неспецифических ресурсов в функционировании рабочей памяти. В рамках этих представлений предполагается, что хранение информации в модально-специфичных компонентах рабочей памяти обеспечивается распределением ограниченного числа ресурсов. Какие свидетельства подкрепляют сегодня такую точку зрения?

В пользу предположения об обеспечении модально-специфического хранения информации путем распределения неспецифических ресурсов памяти говорят результаты корреляционных исследований с использованием модально-специфичных заданий на рабочую память и кратковременную память. В исследовании Кейн и др. (Kane et al., 2004) была оценена эффективность выполнения заданий на вербальную и зрительно-пространственную рабочую память, а также заданий на вербальную и зрительно-пространственную кратковременную память. Было показано, что результаты выполнения тестов на рабочую память отличались более значительной корелляционной связью, чем результаты выполнения тестов на кратковременную память. Это говорит о повышенной роли неспецифических ресурсов в реализации функций рабочей памяти. С использованием методов структурного моделирования также была показана большая содержательная валидность модели с единственным доменно-неспецифичным фактором по сравнению с моделью с двумя коррелирующими доменно-специфическими факторами вербальной и зрительно-пространственной рабочей памяти.

Использование неспецифичных ресурсов при функционировании рабочей памяти может быть продемонстрировано и в экспериментальных исследованиях. В другом исследовании (Vergauwe et al., 2012) испытуемые выполняли задание на определение объема рабочей памяти, в котором совмещались задачи хранения и переработки информации, различавшиеся модальностью информации. Например, в одном из экспериментов задача удержания последовательности зрительно предъявленных изображений должна была осуществляться на фоне идентификации семантической категории предъявляемых на слух слов. При этом также изменялся уровень когнитивной нагрузки, для чего варьировалась скорость предъявления стимуляции в задаче переработки. Результаты исследования свидетельствовали о том, что, несмотря на несовпадение признаков стимулов, подлежащих запоминанию и переработке, объем рабочей памяти (оцениваемый как количество успешно сохраненной информации) снижается при высокой когнитивной нагрузке. Возникновение этого эффекта означает, что возможность одновременного хранения и переработки информации в рабочей памяти зависит от возможности разделения универсальных ресурсов.

Также показано, что при одновременном удержании в рабочей памяти вербального и зрительно-пространственного материала эффективность его распознавания зависит от «платежной матрицы», ассоциированной с правильным распознаванием материала определенной модальности (Morey et al., 2011). Динамическое перераспределение неспецифических ресурсов переработки в зависимости от мотивационных переменных (Канеман, 2006) является свидетельством роли неспецифических ресурсов переработки в реализации функций рабочей памяти. Результаты целого ряда исследований указывают на то, что для функционирования модально-специфических компонентов хранения в рабочей памяти необходимо привлечение и распределение ограниченного числа ресурсов рабочей памяти человека.

Результаты, полученные в настоящем исследовании, могут быть интерпретированы как подтверждающие сформулированную выше точку зрения. Увеличение нагрузки на вербальную рабочую память приводит к изменению эффективности выполнения зрительного поиска как задачи, требующей использования зрительно-пространственной рабочей памяти. При этом наблюдаются признаки увеличения когнитивной нагрузки, т.е. уменьшения количества когнитивных ресурсов, доступных для решения задачи зрительного поиска. В этих усложненных условиях деятельности мобилизация субъекта данной деятельности приводит к повышению эффективности зрительного поиска, однако изменения параметров глазодвигательной активности показывают общее замедление скорости работы и снижение степени сознательного управления поисковой глазодвигательной активностью. Такое увеличение доли автоматических процессов также свидетельствует о снижении количества ресурсов, обеспечивающих функционирование зрительно-пространственной рабочей памяти. Таким образом, реализация функций вербального и зрительно-пространственного компонентов рабочей памяти обеспечивается распределенной работой ограниченного числа ресурсов рабочей памяти.

Выводы