Atención espacial visual
Sentido visual

La atención espacial visual es una forma de atención visual que implica dirigir la atención a una ubicación en el espacio. De manera similar a su contraparte temporal , la atención temporal visual , estos módulos de atención se han implementado ampliamente en análisis de video en visión artificial para brindar un rendimiento mejorado y una explicación interpretable por humanos [1] [2] [3] de los modelos de aprendizaje profundo .

La atención espacial permite a los humanos procesar selectivamente la información visual a través de la priorización de un área dentro del campo visual. Se selecciona una región del espacio dentro del campo visual para la atención y la información dentro de esta región luego recibe un procesamiento adicional. La investigación muestra que cuando se evoca la atención espacial, un observador suele ser más rápido y más preciso en la detección de un objetivo que aparece en una ubicación esperada en comparación con una ubicación inesperada. [4] La atención se guía aún más rápidamente a ubicaciones inesperadas, cuando estas ubicaciones se vuelven prominentes por entradas visuales externas (como un destello repentino). Según la Hipótesis de Saliencia V1 , la corteza visual primaria humana juega un papel crítico para tal guía atencional exógena. [5]

La atención espacial se distingue de otras formas de atención visual, como la atención basada en objetos y la atención basada en características. [6] Estas otras formas de atención visual seleccionan un objeto entero o una característica específica de un objeto independientemente de su ubicación, mientras que la atención espacial selecciona una región específica del espacio y se procesan los objetos y las características dentro de esa región.

Medidas de atención visoespacial

Experimentos de señalización espacial

Una propiedad clave de la atención visual es que la atención puede seleccionarse en función de la ubicación espacial y se han utilizado experimentos de señalización espacial para evaluar este tipo de selección. En el paradigma de señalización de Posner [4], la tarea consistía en detectar un objetivo que pudiera presentarse en una de dos ubicaciones y responder lo más rápido posible. Al comienzo de cada ensayo, se presenta una señal que indica la ubicación del objetivo (señal válida) o indica la ubicación incorrecta, lo que desvía la atención del observador (señal inválida). Además, en algunos ensayos no se proporciona información sobre la ubicación del objetivo, ya que no se presenta ninguna señal (ensayos neutrales). Se utilizaron dos señales distintas; la señal era un "parpadeo" periférico alrededor de la ubicación del objetivo (señal periférica) o la señal se mostraba centralmente como un símbolo, como una flecha que apuntaba a la ubicación del objetivo (señal central). Los observadores son más rápidos y precisos a la hora de detectar y reconocer un objetivo si se conoce de antemano su ubicación. [4] [7] Además, desinformar a los sujetos sobre la ubicación del objetivo conduce a tiempos de reacción más lentos y una precisión menor en relación con el rendimiento cuando no se proporciona información sobre la ubicación del objetivo. [4] [7]

Las tareas de señalización espacial evalúan típicamente la atención espacial encubierta , que se refiere a la atención que puede cambiar espacialmente sin ningún movimiento ocular que la acompañe . Para investigar la atención encubierta, es necesario asegurarse de que los ojos del observador permanezcan fijados en una ubicación durante toda la tarea. En las tareas de señalización espacial, se instruye a los sujetos para que fijen la mirada en un punto de fijación central. Normalmente, se necesitan 200 ms para realizar un movimiento ocular sacádico hacia una ubicación. [8] Por lo tanto, la duración combinada de la señal y el objetivo se presenta típicamente en menos de 200 ms. Esto garantiza que se esté midiendo la atención espacial encubierta y que los efectos no se deban a movimientos oculares manifiestos. Algunos estudios monitorean específicamente los movimientos oculares para garantizar que los ojos del observador estén continuamente fijados en el punto de fijación central. [9]

Las señales centrales y periféricas en los experimentos de señalización espacial pueden evaluar la orientación de la atención espacial encubierta. Estas dos señales parecen utilizar diferentes mecanismos para orientar la atención espacial. Las señales periféricas tienden a atraer la atención automáticamente, reclutando procesos de control de la atención de abajo hacia arriba. Por el contrario, se cree que las señales centrales están bajo control voluntario y, por lo tanto, utilizan procesos de arriba hacia abajo. [10] Los estudios han demostrado que las señales periféricas son difíciles de ignorar, ya que la atención se orienta hacia la señal periférica incluso cuando el observador sabe que la señal no predice la ubicación del objetivo. [7] Las señales periféricas también provocan una asignación de atención mucho más rápida que las señales centrales, ya que las señales centrales requieren un mayor tiempo de procesamiento para interpretar la señal. [10]

Experimentos de sonda espacial

En las tareas de señalización espacial, la sonda espacial (señal) provoca la asignación de la atención a una ubicación determinada. Las sondas espaciales también se han utilizado a menudo en otros tipos de tareas para evaluar cómo se asigna la atención espacial.

Las sondas espaciales se han utilizado para evaluar la atención espacial en las búsquedas visuales. Las tareas de búsqueda visual implican la detección de un objetivo entre un conjunto de distractores. La atención a la ubicación de los elementos en la búsqueda se puede utilizar para guiar las búsquedas visuales. Esto se demostró mediante pistas válidas que mejoran la identificación de objetivos en relación con las condiciones no válidas y neutrales. [11] Una visualización de búsqueda visual también puede influir en la rapidez con la que un observador responde a una sonda espacial. En una tarea de búsqueda visual, apareció un pequeño punto después de una visualización y se descubrió que los observadores eran más rápidos en detectar el punto cuando estaba ubicado en la misma ubicación que el objetivo. [12] Esto demostró que la atención espacial se había asignado a la ubicación del objetivo.

El uso de múltiples tareas simultáneamente en un experimento también puede demostrar la generalidad de la atención espacial, ya que la asignación de atención a una tarea puede influir en el desempeño en otras tareas. [13] [14] Por ejemplo, se encontró que cuando la atención se asignaba a detectar un punto parpadeante (sonda espacial), esto aumentaba la probabilidad de identificar letras cercanas. [14]

Distribución de la atención espacial

La distribución de la atención espacial ha sido objeto de una considerable cantidad de investigaciones, lo que ha llevado al desarrollo de diferentes metáforas y modelos que representan la distribución espacial propuesta de la atención.

Metáfora del foco

Según la metáfora del «foco», el foco de atención es análogo al haz de luz de un foco. [15] El foco móvil se dirige a un lugar y todo lo que se encuentra dentro de su haz es atendido y procesado preferentemente, mientras que la información que se encuentra fuera del haz queda desatendida. Esto sugiere que el foco de atención visual tiene un tamaño espacial limitado y se mueve para procesar otras áreas del campo visual.

Metáfora del zoom

Las investigaciones han sugerido que el foco de atención es variable en tamaño. [16] Eriksen y St James [17] propusieron la metáfora de la "lente zoom", que es una alternativa a la metáfora del foco y tiene en cuenta la naturaleza variable de la atención. Esta explicación compara la distribución de la atención con una lente zoom que puede estrechar o ampliar el foco de atención. Esto respalda los hallazgos que muestran que la atención puede distribuirse tanto en una gran área del campo visual como también funcionar en un modo enfocado. [18] En apoyo de esta analogía, las investigaciones han demostrado que existe una relación inversa entre el tamaño del foco de atención y la eficiencia del procesamiento dentro de los límites de una lente zoom. [19]

Modelo de gradiente

El modelo de gradiente es una teoría alternativa sobre la distribución de la atención espacial. Este modelo propone que los recursos atencionales se asignan en un patrón de gradiente, con recursos concentrados en el centro de atención y recursos decrecientes de manera continua alejándose del centro. [20] Downing [9] realizó una investigación utilizando una adaptación del paradigma de señalización de Posner que apoyaba este modelo. El objetivo podría aparecer en 12 ubicaciones potenciales, marcadas por casillas. Los resultados mostraron que la facilitación atencional era más fuerte en la ubicación indicada y decrecía gradualmente con la distancia desde la ubicación indicada. Sin embargo, no todas las investigaciones han apoyado el modelo de gradiente. Por ejemplo, Hughes y Zimba [21] realizaron un experimento similar, utilizando una matriz visual altamente distribuida y no utilizaron casillas para marcar las ubicaciones potenciales del objetivo. No hubo evidencia de un efecto de gradiente, ya que las respuestas más rápidas fueron cuando la señal y el objetivo estaban en el mismo hemicampo y las respuestas más lentas cuando estaban en diferentes hemicampos. Las casillas jugaron un papel importante en la atención como un experimento posterior, utilizó las casillas y en consecuencia encontró un patrón de gradiente. [22] Por lo tanto, se considera que el tamaño del gradiente puede ajustarse según las circunstancias. Se puede adoptar un gradiente más amplio cuando hay una pantalla vacía, ya que la atención puede extenderse y solo está restringida por los límites de los hemicampos.

Dividir la atención espacial

En las investigaciones sobre la atención espacial visual se debate si es posible dividir la atención en diferentes áreas del campo visual. Las teorías de la "luz de foco" y la "lente de zoom" postulan que la atención utiliza un único foco unitario. Por lo tanto, la atención espacial solo se puede asignar a áreas adyacentes en el campo visual y, en consecuencia, no se puede dividir. Esto fue respaldado por un experimento que alteró el paradigma de señalización espacial utilizando dos señales, una primaria y una secundaria. Se descubrió que la señal secundaria solo era eficaz para centrar la atención cuando su ubicación era adyacente a la señal primaria. [15] Además, se ha demostrado que los observadores no pueden ignorar los estímulos presentados en áreas situadas entre dos ubicaciones señalizadas. [23] Estos hallazgos han propuesto que la atención no se puede dividir en dos regiones no contiguas. Sin embargo, otros estudios han demostrado que la atención espacial se puede dividir en dos ubicaciones. Por ejemplo, los observadores pudieron atender simultáneamente a dos objetivos diferentes ubicados en hemicampos opuestos. [19] La investigación incluso ha sugerido que los humanos pueden centrar la atención en dos a cuatro ubicaciones en el campo visual. [24] Otra perspectiva es que la atención espacial puede dividirse solo bajo ciertas condiciones. Esta perspectiva sugiere que la división de la atención espacial es flexible. La investigación demostró que el hecho de que la atención espacial sea unitaria o dividida depende de los objetivos de la tarea. [25] Por lo tanto, si dividir la atención es beneficioso para el observador, se utilizará un foco de atención dividido.

Una de las principales dificultades para establecer si la atención espacial puede dividirse es que un modelo de atención con foco unitario también puede explicar varios de los hallazgos. Por ejemplo, cuando se presta atención a dos lugares no contiguos, puede ser que no se haya dividido la atención entre estos dos lugares, sino que el foco unitario de atención se haya expandido. [24] Alternativamente, puede ser que no se preste atención a los dos lugares simultáneamente y que, en cambio, el área de enfoque se esté moviendo rápidamente de un lugar a otro. [26] En consecuencia, parece muy difícil probar indudablemente que la atención espacial puede dividirse.

Déficits en la atención visoespacial

Heminegligencia

La heminegligencia [1], también conocida como negligencia visual unilateral, negligencia atencional, negligencia hemiespacial o negligencia espacial, es un trastorno que incorpora un déficit significativo en la atención visoespacial. La heminegligencia se refiere a la incapacidad de los pacientes con daño cerebral unilateral para detectar objetos en el lado del espacio contralateral a la lesión (contralesional); es decir, daño en el hemisferio cerebral derecho que resulta en la negligencia de los objetos en el lado izquierdo del espacio, [27] y se caracteriza por la asimetría hemisférica. El rendimiento generalmente se conserva en el lado ipsilateral a la lesión (ipsilesional). [27] La ​​heminegligencia es más frecuente y posiblemente más grave después del daño en el hemisferio cerebral derecho de los sujetos diestros. [27] Se ha propuesto que los lóbulos parietales derechos son comparativamente más responsables de la asignación de la atención espacial, por lo tanto, el daño a este hemisferio a menudo produce efectos más graves. [28] Además, es difícil mapear con precisión los déficits sensoriales visuales en el hemicampo desatendido.

La negligencia se diagnostica mediante una variedad de tareas con papel y lápiz. Un método común es la Prueba de Figuras Complejas (CFT). La CFT requiere que los pacientes copien un dibujo lineal complicado y luego lo reproduzcan de memoria. A menudo, los pacientes descuidan las características presentes en el lado contralesional del espacio y los objetos. Los pacientes con negligencia se comportarán de manera similar al reproducir imágenes mentales de lugares y objetos familiares. Un error común es no incluir números en el lado izquierdo de una imagen cuando se dibuja un reloj analógico de memoria; por ejemplo, todos los números pueden estar ubicados en el lado derecho de la esfera del reloj. [10]

Otra tarea que se realiza con papel y lápiz es la de bisección de líneas. En este ejercicio, se pide a los pacientes que dividan una línea horizontal por la mitad. Los pacientes con negligencia suelen dividir la línea por la derecha del centro verdadero, dejando la parte izquierda de la línea sin atender. [27]

Las tareas de cancelación de objetos también se utilizan para determinar el grado de déficit potencial. Durante esta tarea, se requiere que los pacientes cancelen (tachen) todos los objetos en una pantalla desordenada (por ejemplo, líneas, formas geométricas, letras, etc.). [10] Los pacientes con daño principalmente en el área parietal derecha no pueden detectar objetos en el campo visoespacial izquierdo, y estos a menudo no son tachados por el paciente. Además, aquellos pacientes que pueden estar gravemente afectados tienden a no detectar sus errores en la inspección visual.

Extinción

La extinción es un fenómeno que se observa durante la doble estimulación simultánea de los campos visuales izquierdo y derecho. Los pacientes con extinción no percibirán el estímulo en el campo visual contralesional cuando se presente junto con un estímulo en el campo ipsilesional. [10] Sin embargo, cuando se presenta solo, los pacientes pueden percibir correctamente el estímulo contralesional. Por lo tanto, los pacientes con negligencia no informan los estímulos presentes en el campo aberrante, mientras que los pacientes con extinción no informan los estímulos en el campo aberrante solo cuando se producen presentaciones simultáneas dobles en ambos hemicampos. [10] De manera análoga a la negligencia, la extinción afecta el campo visoespacial contralesional en la mayoría de los pacientes con daño unilateral. [27] Los correlatos anatómicos de la negligencia visoespacial y la extinción no se superponen de manera absoluta, y se propone que la extinción está asociada con lesiones subcorticales. [27]

Un método común para la detección rápida de la extinción visoespacial es el modelo de confrontación de dedos. Se utiliza como evaluación estándar en la cama del paciente y requiere que el paciente indique (verbalmente o señalando) en qué campo visual se mueve la mano o el dedo del médico, mientras el médico hace un movimiento ondulante con su índice. [10] Esto permite al médico distinguir entre déficits que se asemejan a la negligencia y aquellos que pueden indicar extinción, presentando un solo estímulo en el campo contralesional o dos estímulos simultáneos en los campos visuales contralesional e ipsilesional. Esta prueba rápida se puede utilizar inmediatamente en un entorno hospitalario para un diagnóstico rápido y puede ser particularmente útil después de accidentes cerebrovasculares y convulsiones.

Regiones asociadas con deterioro de la atención visoespacial

Daño parietal

La región parietal posterior es posiblemente la más estudiada en relación con la atención visoespacial. Los pacientes con daño en el lóbulo parietal con mayor frecuencia no prestan atención a los estímulos ubicados en el hemisferio contralesional, como se observa en pacientes con heminegligencia/negligencia visual unilateral. [10] Por lo tanto, pueden no reconocer a una persona sentada a su izquierda, pueden descuidar comer alimentos ubicados a su izquierda o hacer movimientos de cabeza u ojos hacia la izquierda. [10] Los estudios de tomografía computarizada (TC) han demostrado que el lóbulo parietal inferior en el hemisferio derecho es el más frecuentemente dañado en pacientes con negligencia grave. [29]

El daño parietal puede reducir la capacidad de reducir el ruido de las decisiones. [10] Las señales espaciales parecen reducir la incertidumbre de una decisión visoespacial. La alteración de la orientación espacial, como se observa en la heminegligencia, sugiere que los pacientes con daño en la región parietal pueden experimentar una mayor dificultad para tomar decisiones con respecto a objetivos ubicados en el campo contralesional. [10]

Las lesiones en la región parietal también pueden aumentar las conjunciones ilusorias de características. Las conjunciones ilusorias ocurren cuando las personas informan combinaciones de características que no ocurrieron. [28] Por ejemplo, cuando se le presenta un cuadrado naranja y un círculo violeta, el participante puede informar un cuadrado violeta o un círculo naranja. Aunque normalmente se requerirían circunstancias especiales para que una persona sin discapacidad produzca una conjunción ilusoria, parece que algunos pacientes con daño en la corteza parietal pueden demostrar una vulnerabilidad a tales deficiencias visoespaciales. [27] Los resultados de pacientes parietales sugieren que la corteza parietal, y por lo tanto la atención espacial, pueden estar implicadas en la solución de este problema de vinculación de características. [10]

Daño en el lóbulo frontal

Desde hace mucho tiempo se sabe que las lesiones en las cortezas frontales preceden a la negligencia espacial y otros déficits visoespaciales. En concreto, el daño en el lóbulo frontal se ha asociado con un déficit en el control de la atención excesiva (la producción de movimientos oculares). Las lesiones en las áreas del lóbulo frontal superior que incluyen los campos oculares frontales parecen alterar algunas formas de movimientos oculares manifiestos. [10] Guitton, Buchtel y Douglas [30] han demostrado que el movimiento ocular dirigido en dirección contraria a un objetivo visual que aparece de forma abrupta ("antisacadas") está notablemente afectado en pacientes con daño en los campos oculares frontales, que frecuentemente realizaban movimientos oculares reflejos hacia el objetivo. Cuando los pacientes con campos oculares frontales sí realizaban antisacadas, presentaban una mayor latencia de sus movimientos oculares en comparación con los controles. Esto sugiere que los lóbulos frontales, en concreto la región dorsolateral que contiene los campos oculares frontales, desempeñan un papel inhibidor en la prevención de movimientos oculares reflejos en el control de la atención manifiesta. [30] Además, los campos oculares frontales o las áreas circundantes pueden estar críticamente asociados con la negligencia tras lesiones frontales dorsolaterales. [29]

Las lesiones del lóbulo frontal también parecen producir déficits en la atención visoespacial relacionada con la atención encubierta (la orientación de la atención sin el requisito del movimiento ocular). Utilizando la Tarea de Señalización Espacial de Posner , Alivesatos y Milner (1989; ver [10] ) encontraron que los participantes con daño en el lóbulo frontal demostraron un beneficio atencional comparativamente menor de las señales válidas que los participantes de control o los participantes con daño en el lóbulo temporal. La orientación voluntaria de los pacientes con lóbulo frontal parece estar deteriorada.

En una investigación realizada por Husain y Kennard, también se encontró que la región del lóbulo frontal lateral derecho estaba asociada con la negligencia visual del lado izquierdo. [29] Se encontró una región de superposición en la ubicación de las lesiones en cuatro de cinco pacientes con negligencia visual del lado izquierdo, específicamente en el aspecto dorsal del giro frontal inferior y la sustancia blanca subyacente. Además, también se detectó una superposición de áreas de lesión en la región dorsal del área 44 de Brodmann (anterior a la corteza premotora). Estos resultados implican aún más al lóbulo frontal en la dirección de la atención en el espacio visual.

Daño en los núcleos talámicos (núcleo pulvinar)

Se ha especulado que los núcleos talámicos están involucrados en dirigir la atención a ubicaciones en el espacio visual. [31] Específicamente, el núcleo pulvinar parece estar implicado en el control subcortical de la atención espacial, y las lesiones en esta área pueden causar negligencia. [10] La evidencia [31] sugiere que el núcleo pulvinar del tálamo podría ser responsable de involucrar la atención espacial en una ubicación previamente indicada. Un estudio de Rafal y Posner [31] encontró que los pacientes que tenían lesiones pulvinares agudas eran más lentos para detectar un objetivo que aparecía en el campo visoespacial contralesional en comparación con la aparición de un objetivo en el campo ipsilesional durante una tarea de señalización espacial. Esto sugiere un déficit en la capacidad de usar la atención para mejorar el desempeño en la detección y procesamiento de objetivos visuales en la región contralesional. [31]

Uso en camuflaje

El camuflaje se basa en engañar a la cognición del observador, como un depredador . Algunos mecanismos de camuflaje, como las marcas distractoras, probablemente funcionan compitiendo por la atención visual con estímulos que delatarían la presencia del objeto camuflado (como una presa). Estas marcas tienen que ser visibles y estar ubicadas lejos del contorno para evitar llamar la atención sobre él, a diferencia de las marcas disruptivas que funcionan mejor cuando están en contacto con el contorno. [32]

Véase también

Referencias

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