Введение

Современные исследования нормального старения все чаще ведутся не с позиций описания нарастающих дефицитов, а в ракурсе перестройки стратегий переработки информации. Изменение функционального состояния мозга, связанное с биологическими явлениями, сопровождающими старение тканей и систем организма, приводит к формированию ряда компенсаторных стратегий переработки информации, в первую очередь связанных с протеканием процессов памяти и внимания.

В отечественной нейропсихологии в течение ряда лет разрабатывается проблема типологии нормального старения. В ее основе лежит концепция А.Р. Лурии о трех структурно-функциональных блоках мозга (Лурия, 1969). Выявление наиболее слабых и сенситивных к нагрузке нейропсихологических факторов, связанных с работой первого, второго или третьего блоков мозга, позволяет  выделить варианты нормального старения, оценить риски декомпенсации (Корсакова, Рощина, 2012).

Снижение энергетического обеспечения активности, наблюдающееся при функциональной недостаточности первого блока мозга,  приводит к замедлению темпа, сужению объема психического функционирования, невозможности одновременного выполнения различных действий, повышенному торможению следов памяти. При дефицитарности второго блока мозга возникают ограничения в переработке зрительно-пространственной информации, трудности актуализации пространственных представлений, уменьшение объема зрительно-пространственной памяти. Третий  вариант нормального старения, связанный с дисфункцией третьего блока мозга, сопровождается снижением произвольной регуляции всех видов деятельности, в том числе произвольного внимания и памяти (Корсакова, 1996).

В работе Н.К. Корсаковой и Н.Ю. Прахт (2002) указывается, что в ходе нормального старения снижается возможность симультанной переработки информации. Это ограничение в зрительно-пространственной сфере приводит к тому, что ведущей компенсаторной стратегией становится стратегия поэтапности и сукцессивности как в процессе восприятия поступающей информации, так и в распределении внимания субъекта.

В экспериментальных исследованиях памяти и внимания в последние годы все чаще начинают использоваться новые технологии, позволяющие анализировать ранее недоступные аспекты в работе мозга. Одна из таких технологий — айтрекинг (от англ. eye tracking — «отслеживание положения глаз»). Регистрация движений глаз (окулография) давно использовалась в изучении распределения внимания. Широкую международную известность получили работы А.Л. Ярбуса (1965), одним из первых продемонстрировавшего выраженную зависимость траектории движений глаз при рассматривании сложных сюжетных изображений от стоящей перед субъектом задачи. Современные системы бесконтактной регистрации направленности взора чаще всего основаны на использовании инфракрасного освещения и видеокамеры, отслеживающей положение глазных яблок для компьютерной обработки сигнала. Определяются координаты взора — точки пересечения осей глазных яблок и плоскости наблюдаемого объекта или экрана, на котором предъявляется зрительный стимул. Направление взора рассматривается как индикатор внимания и позволяет решать широкий спектр задач, связанных с его пространственным распределением (Величковский, 2006).

В клинических и экспериментальных исследованиях проблема внимания тесно связана с проблемой памяти. Какая информация остается в памяти субъекта при разных стратегиях восприятия и внимания? Показано, что параллельное осуществление двух видов деятельности влияет на распределение зрительных фиксаций (Shelton, Christopher, 2016), эмоционально окрашенные стимулы сопровождаются более длительными зрительными фиксациями, чем нейтральные (Steinmetz, Kensinger, 2013),  траектории движения глаз при первом и повторном предъявлении стимула могут служить индикатором полноты информации, хранящейся о нем в памяти (Hannula et al., 2010).

Цель настоящей работы — изучение механизмов изменения объема зрительного внимания при нормальном старении с использованием технологии айтрекинга.

Методы

Процедура проведения методики регистрации движения глаз (Айтрекинг), оценки пространственного распределения внимания (Внимание) и характеристики памяти (Память) — далее «Методика АВП» состояла в следующем. На экране монитора испытуемому последовательно предъявлялось 5 стимулов с инструкцией «внимательно на них посмотреть и запомнить». Каждый стимул состоял из трех расположенных в ряд цветных картинок (триплет). Время экспозиции одного триплета — 10 с. Перед началом презентации и в паузах между триплетами испытуемому в течение 10 с экспонировался серый экран (заранее сообщалось, что «во время экспозиции серого экрана надо просто отдыхать, ничего не делать»). Общая длительность презентации — 110 с. Вся презентация сопровождалась записью движений глаз испытуемого.

Испытуемые не получали каких-либо указаний по поводу того, в какой части экрана должен находиться их взор во время пауз и перед началом экспозиции стимульного материала. Выбираемые ими стратегии распределения зрительного внимания регулировались лишь их собственной спонтанной активностью. В записи зрительных фиксаций можно было анализировать как общую траекторию взора во время каждой из 10-секундных экспозиций, так и распределение фиксаций во времени, например выделить 5 первых и 5 последних фиксаций для каждого триплета.

Перед началом презентации триплетов испытуемый выполнял задания нейропсихологического исследования по методу А.Р. Лурия и батарею психофизиологических тестов.

Через 10 мин. после окончания презентации проводилась процедура свободного воспроизведения хранящихся в памяти стимулов. Испытуемый должен был вспомнить и назвать в любом порядке картинки, которые он недавно видел на экране. Ответ испытуемого протоколировался.

Еще через 15 мин. проводилась процедура узнавания стимульного материала. На мониторе компьютера в псевдослучайном порядке появлялись одиночные картинки, среди которых были как полностью идентичные исходному образцу, так и несколько отличающиеся от него мелкими деталями, цветом, расположением в пространстве. Среди этих картинок встречались и совершенно новые, никак не связанные с исходным образцом. Соответственно при появлении каждой картинки испытуемый должен был сказать, видел ли он раньше именно эту картинку, видел ли похожую на нее или такой картинки не было совсем. Заранее до проведения экспериментального исследования различия в ответах «такой же» и «похожий» демонстрировались испытуемому на примерах. Исследование проводилось только с теми испытуемыми, которые понимали смысл данных слов. Стимульный материал на этапе узнавания состоял из 30 картинок: 15 картинок, идентичных образцу; 10 картинок, похожих на латеральные стимулы в триплетах; 5 новых дистракторов.

Математическая обработка полученных в результате эксперимента данных производилась с помощью языка статистического программирования и программной среды R (www.project.org). Для оценки статистической значимости различий распределения численных величин в двух группах использовался непараметрический критерий Вилкоксона—Манна—Уитни. Для анализа корреляционной связи между двумя численными величинами рассчитывался коэффициент корреляции Спирмена. Различия в распределениях значений категориальных переменных оценивались с помощью критерия Хи-квадрат и точного критерия Фишера. Различия или корреляционная связь признавались статистически значимыми на уровне значимости p<0.05.

Запись движений глаз испытуемых осуществлялась с помощью айтрекера The EyeTribe (частота дискретизации — 30 Гц, точность 0.5°—1°). Изображения предъявлялись с помощью программы OGAMA (Open Gaze And Mouse Analyzer). Анализ траекторий движения глаз выполняли с помощью набора скриптов, написанных авторами в среде MatLab. При обработке стимульные триплеты разделяли на три одинаковые прямоугольные области, в каждой из которых находилась левая, средняя или правая картинка триплета. Подсчитывалось число зрительных фиксаций в каждой из областей. Экранные координаты взгляда, записанные айтрекером, совмещались с изображениями на картинках в разрешении 1920×1080.

Испытуемые. В исследовании участвовали 30 здоровых добровольцев: 11 участников в возрасте 19—30 лет (младшая группа) и 19 — в возрасте 50—81 года (старшая группа). Группы были сопоставимы по гендерному распределению и уровню образования. Все правши; русский язык для всех родной. По данным предварительного тестирования, никто из участников не испытывал затруднений в распознавании и назывании картинок, аналогичных стимульному материалу. В старшей группе участники предварительно проходили тест МоСА (Montreal Cognitive Assessment). Условием включения в исследование был показатель не менее 26 баллов.

Результаты

1. Сопоставление результатов выполнения заданий методики АВП

Для возможности сопоставления результатов заданий все исходные значения полученных в тестах метрик были переведены в процентный формат. В табл. 1 представлены данные об ошибочных ответах в процентах от максимально возможного количества ошибок в заданиях на свободное воспроизведение и узнавание стимулов. В задании на свободное воспроизведение ошибками являлись неназванные (не вспомненные) картинки, вне зависимости от того, в каком порядке испытуемый называл и какими словами обозначал стимулы. Небольшое количество конфабуляторных воспоминаний, отмечавшихся у нескольких испытуемых (слова, которые нельзя было отнести ни к одному стимульному изображению), не отражены. В ситуации узнавания ошибками считались все неправильные ответы испытуемого, когда от него требовалось отнести по памяти стимул либо к уже виденному («такой же»), либо к несколько отличающемуся от оригинала («похожий»), либо к совершенно новому («такого не было»).

Таблица 1

Процент ошибочных ответов в заданиях на свободное воспроизведение стимулов и узнавание стимулов в двух группах испытуемых

 Из табл. 1 видно, что процент ошибок при свободном воспроизведении в старшей группе значимо выше, чем в младшей (р=0.001 для левого стимула; р=0.002 для центрального; р=0.004 для правого стимула). В тесте на узнавание различия в числе ошибок между группами для латеральных стимулов также оказались значимыми (р=0.003 для левого стимула; р<0.001 для правого). Однако узнавание центрального стимула в старшей группе осуществлялось даже несколько лучше, чем в младшей (различия между группами здесь не достигают статистической значимости). Визуальные признаки картинок, располагавшихся в центре триплета, сохранялись в памяти пожилых испытуемых не хуже, чем в группе молодых людей.

Еще одна группа фактов, иллюстрируемая табл. 1, связана с внутригрупповыми различиями в анализируемых показателях. В младшей группе наблюдается тенденция к менее успешному свободному воспроизведению стимулов, предъявлявшихся в правой части триплета, по сравнению с предъявлявшимися в левой части. Противоположная тенденция для этой группы — в ситуации узнавания: стимулы, располагавшиеся слева, узнаются этими же испытуемыми хуже, чем располагавшиеся справа. Процент ошибок для центрального стимула триплета каждый раз занимает промежуточное значение.

Для старшей группы успешность свободного воспроизведения левого, центрального и правого стимулов, а также узнавания левого и правого стимулов практически идентична. Процент ошибок резко снижается лишь при узнавании центрального изображения триплета. Его узнавание здесь осуществляется значительно успешней, чем узнавание латеральных стимулов.

2. Анализ данных айтрекинга

Прямой зависимости результатов запоминания от числа зрительных фиксаций в области картинки выявлено не было. Длительность рассматривания картинок, которые испытуемые вспомнили при свободном воспроизведении (медианы числа фиксаций на каждой картинке варьировались от 50 до 95), статистически значимо не отличалась от длительности рассматривания картинок, которые при свободном воспроизведении ими не вспомнились (медианы зрительных фиксаций для разных стимулов 42—85), p>0.05. Та же тенденция наблюдалась для узнанных (медианы зрительных фиксаций 48—99) и неузнанных стимулов (медианы зрительных фиксаций 50—80), p>0.05.

По суммарному числу зрительных фиксаций всегда преобладала центральная область экрана. И при разглядывании картинок, и когда испытуемые видели перед собой просто серый экран (p<0.05). При этом распределения в левой и правой третях экрана статистически значимо не отличались друг от друга (p>0.05).

Несмотря на то что прямой зависимости результатов запоминания от числа зрительных фиксаций в области стимула выявлено не было, была обнаружена зависимость от характера паттернов фиксаций.

Таблица 2

Результаты запоминания к паттернам фиксаций, представленным на рисунке

Примечание. Условные обозначения: «+» — правильный ответ; «‒» — не вспомнил; словами показаны варианты ошибочного вспоминания и узнавания.

Примеры паттернов представлены на рисунке. В табл. 2 приведены сведения о результатах запоминания у данных испытуемых. Так, испытуемая ОВАН (рис. А) безошибочно выполнила все задания. Она смогла вспомнить стимулы при свободном воспроизведении. Увидев похожие на стимулы дистракторы, смогла сказать, что это были именно «похожие» изображения (поскольку картинки, похожие на средние стимулы триплетов, испытуемым не предъявлялись, стадия узнавания для них отсутствует). И, наконец, увидев оригинал картинки, сказала, что это и есть запоминавшийся стимул.

Траектории движений глаз при запоминании стимулов у разных испытуемых. Объяснения в тексте

Испытуемая ДОР (рис. Б) при свободном воспроизведении не вспомнила стимулы «кошка» и «санки», а во время узнавания картинок дала неверные ответы, приведенные в табл. 2.

Подробное рассмотрение траекторий взора испытуемых часто позволяет предвидеть результаты вспоминания. Например, у испытуемой ОВАН (рис. А) паттерны фиксаций характеризуются высокой концентрацией в центре объекта или в его важных смысловых областях. Они хорошо сгруппированы и очень «экономичны» в переходах от одного изображения к другому. Поисковые движения глаз практически отсутствуют. Образно этот взгляд можно назвать цепким, пристальным, максимально внимательным. Такие паттерны фиксаций в нашем исследовании, как правило, приводили к полному и безошибочному воспроизведению и узнаванию объектов. Испытуемая ОВАН вспомнила и узнала без ошибок все стимулы методики.

Иной паттерн фиксаций мы наблюдаем у испытуемой ДОР на рис. Б. Ее взор рассеянно блуждал по экрану. Фиксации часто вообще не попадали на изображения, испытуемая как бы «смотрела мимо» них, а в дальнейшем все стимулы воспроизводила и узнавала с ошибками. Цепочку ее ответов для стимула «кошка» мы условно назвали «игнорированием стимула». Испытуемая не вспомнила этот стимул при свободном воспроизведении, а в ситуации узнавания вообще отрицала предъявление такого же или похожего изображения.

Интересно, что на протяжении одного и того же эксперимента траектории взора могли меняться; по-видимому, в них отражались колебания внимания у данного испытуемого. Так, у той же испытуемой ДОР (другой триплет, рис. В) мы видим совсем иные зрительные фиксации — хорошо сконцентрированные на важных смысловых элементах изображений и характерные для испытуемых младшей группы. Такая стратегия разглядывания в дальнейшем привела ДОР к полному и безошибочному воспроизведению этой тройки стимулов.

Пример испытуемого СМОЛ также иллюстрирует возможность разных стратегий восприятия стимулов во время одного эксперимента и также показывает, что разные стратегии восприятия логически приводят к разным результатам осознания и запечатления информации. На рис. Г и Д центральные стимулы получают максимум зрительных фиксаций (типичная ситуация для обеих групп испытуемых) и хотя потом, при свободном воспроизведении, эти стимулы не вспоминаются, их узнавание протекает безошибочно (типичная ситуация для старшей группы). В триплете «кошка—санки—конфеты» достаточно целенаправленные, хорошо сгруппированные зрительные фиксации попадают на стимул «конфеты», который затем воспроизводится и узнается без ошибок. А разглядывание триплета «яблоко—черепаха—очки» сопровождается уходом взора в нижнюю (пустую) часть экрана (уход «в свои мысли»?). Яблоко при этом успевает получить лишь одну точечную группировку фиксаций. В дальнейшем ответы по нему демонстрируют «цепочку игнорирования стимула».

Обсуждение результатов

Биологическое старение тканей организма неминуемо приводит к ограничениям его двигательной и психической активности. При этом нормальное старение — это не «сумма поломок», а процесс адаптивных перестроек в работе всех систем жизнеобеспечения, в том числе мозгового обеспечения когнитивных процессов.

В раннем онтогенезе выраженная реакция на новизну и внимание к деталям окружающей среды позволяют сформироваться языку, предметному восприятию, всем системам эффективного функционирования в среде обитания. Заключительные стадии онтогенеза — это обобщение жизненного опыта, в минимальной степени нуждающееся в дифференциации паттернов поступающей информации. Адаптивными стратегиями становятся концентрация на главном, пренебрежение к деталям, игнорирование периферии. Можно предположить, что сужение объема зрительного внимания при нормальном старении — это вынужденная адаптивная стратегия восприятия, позволяющая сконцентрироваться на эффективном решении главной в данный момент задачи с максимально точным запечатлением центральной информации.

Можно также предположить, что использованная нами экспериментальная модель позволила не только продемонстрировать снижение показателей памяти и внимания в старшей возрастной группе по сравнению с молодыми испытуемыми, но и показала характер перестроек. Важную роль при этом играла возможность объективизировать движения глаз испытуемых. Глазодвигательная активность, как правило, не осознается индивидом. Она отражает стратегии восприятия и распределения зрительного внимания, вытекающие из стоящих перед человеком задач (Величковский, 2006; Ярбус, 1965). В рамках нашего экспериментального исследования было показано, что уже на стадии восприятия визуальной информации может быть спрогнозирована успешность осознания и последующего сохранения в памяти центральной и периферийной информации.

Хорошо сгруппированные в важных смысловых частях изображений зрительные фиксации (цепкий, пристальный взгляд), как правило, приводят к успешному воспроизведению и узнаванию стимулов. Напротив, большое количество поисковых движений глаз, остановки взора на пустых местах экспозиции с высокой вероятностью приводят к неполному запечатлению стимулов, вплоть до игнорирования периферийной визуальной информации.

У испытуемых старшей группы была зарегистрирована низкая точность запоминания латеральных стимулов и высокая точность запоминания визуальных признаков центрального стимула, способствующая его узнаванию в дальнейшем. Испытуемый как бы концентрировал внимание на центральном изображении и не успевал распределить его в пространстве. При этом айтрекинг регистрировал много поисковых движений глаз в пространстве монитора без концентрации на смысловых деталях латеральных стимулов.

Интересная тенденция была обнаружена в младшей возрастной группе при сравнении ошибок, допущенных в отношении левого и правого стимулов триплета. В ходе эксперимента испытуемый мог один и тот же стимул правильно назвать при свободном воспроизведении, но сопроводить неправильными ответами при узнавании. И наоборот — не назвать при свободном воспроизведении, но правильно узнать. В младшей группе правые стимулы хуже воспроизводились по памяти, а левые стимулы хуже узнавались. Это несимметричное распределение разных видов ошибок показывает, что внимание испытуемых в ходе предъявления стимулов изменяется как в целом во времени, так и неоднородно в отношении параметров пространства. В «сбоях» внимания, приводящих к мнестическим ошибкам, в специальных экспериментальных условиях можно вычленить компоненты, контралатеральные левому или правому полушарию (Kaverina et al., 2008). Эти же сбои, но уже на «следовых процессах» обнаруживают себя специфичными для функциональной недостаточности данного полушария ошибками воспроизведения или узнавания. Они согласуются со сложившимися в нейропсихологии представлениями о большей связанности левого полушария с процессами актуализации информации с опорой на вербальную составляющую, а правого — с процессами непосредственного визуального узнавания (Корсакова, Московичюте, 2003; Лурия, 1969).

  Выводы

1. В старшей группе испытуемых выявлено сужение объема зрительного внимания. За 10-секундную экспозицию стимулов точно запоминалась визуальная информация только в отношении центрального стимула триплета.

2. В старшей группе обнаружено значимое преобладание ошибок свободного воспроизведения и узнавания стимулов над числом таковых в младшей группе испытуемых. Различия между двумя группами отсутствовали только для ситуации узнавания центрального стимула триплета.

3. В младшей группе испытуемых наблюдалась тенденция к асимметричному появлению ошибок относительно левых и правых стимулов триплета. Правые стимулы хуже воспроизводились вербально, а левые хуже узнавались. В старшей группе испытуемых асимметрия в узнавании и воспроизведении стимулов не обнаружена.

4. Данные айтрекинга объективизировали распределение зрительного внимания и позволили объяснить результаты последующего воспроизведения и узнавания изображений.

Список литературы

Величковский Б.М. Когнитивная наука. Основы психологии познания: В 2 т. Т. 1.  М.: Смысл; Академия, 2006.

Корсакова Н.К. Нейропсихология позднего возраста: обоснование концепции и прикладные аспекты // Вестник Московского университета. Сер. 14. Психология. 1996. № 2. С. 32—37.

Корсакова Н.К., Московичюте Л.И. Клиническая нейропсихология: Учеб. пособие М.: Академия, 2003.

Корсакова Н.К., Прахт Н.Ю. О принципе динамичности в концепции А.Р. Лурия (модель нормального старения) // Вопросы психологии. 2002. № 4. С. 96–100.

Корсакова Н.К., Рощина И.Ф. Значение концепции А.Р. Лурии о трех функциональных блоках мозга для становления и развития нейрогеронтопсихологии // Наследие А.Р. Лурии в современном научном и культурно-историческом контексте: К 110-летию со дня рождения А.Р. Лурии / Сост. Н.К. Корсакова, Ю.В. Микадзе. М.: Факультет психологии МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. С. 148—160.

Лурия А.Р. Высшие корковые функции человека и их нарушения при локальных поражениях мозга. 2-е изд. доп. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1969.

Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. М.: Наука, 1965.

Hannula D.E., Althoff R.R., Warren D.E. et al. Worth a glance: using eye movements to investigate the cognitive neuroscience of memory // Frontiers in Human Neuroscience. 2010. Vol. 4. Art.166. doi: 10.3389/fnhum.2010.00166.

Kaverina M.Y., Lukyanov V.I., Masherov E.L. Defects of spatial distribution of attention. Their definition and correction // International conference “Mental recovery after traumatic brain injury: A multidisciplinary approach” (Moscow, July 2—4, 2008). P. 63. 

Shelton J., Christopher E. A fresh pair of eyes on prospective memory monitoring // Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition (Mem Cogn). 2016. Vol. 44. N 6. P. 837—845. doi: 10.3758/s13421-016-0601-3.

 Steinmetz K.R.М., Kensinger E.A. The emotion-induced memory trade-off: More than an effect of overt attention? // Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition (Mem Cogn). 2013. Vol. 41. Is. 1. P. 69—81. doi: 10.3758\s13421-012-0247-8.