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atención espacial 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 atenc...

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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 el análisis de video en visión por computadora para proporcionar 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 mediante la priorización de un área dentro del campo visual. Se selecciona una región del espacio dentro del campo visual para recibir atención, y la información dentro de esta región recibe un procesamiento adicional. Las investigaciones muestran que, cuando se activa la atención espacial, un observador suele ser más rápido y preciso al detectar un objetivo que aparece en una ubicación esperada en comparación con una ubicación inesperada. [ 4 ] La atención se dirige aún más rápidamente a ubicaciones inesperadas cuando estas se vuelven prominentes por entradas visuales externas (como un destello repentino). Según la hipótesis de prominencia de V1 , la corteza visual primaria humana desempeña un papel fundamental en esta 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 completo o una característica específica de un objeto independientemente de su ubicación, mientras que la atención espacial selecciona una región específica del espacio y los objetos y características dentro de esa región son procesados.

Medidas de atención espacial visual

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 podía 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 la ubicación incorrecta, desviando así al observador (señal inválida). Además, en algunos ensayos no se proporciona información sobre la ubicación del objetivo, ya que no se presenta ninguna señal (ensayos neutros). Se utilizaron dos señales distintas: una 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 al 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 suelen evaluar la atención espacial encubierta , que se refiere a la atención que puede cambiar espacialmente sin que haya movimientos oculares que la acompañen . Para investigar la atención encubierta, es necesario asegurar que los ojos del observador permanezcan fijos 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 sacádico ocular hacia una ubicación. [ 8 ] Por lo tanto, la duración combinada de la señal y el objetivo se presenta generalmente en menos de 200 ms. Esto garantiza que se mida la atención espacial encubierta y que los efectos no se deban a movimientos oculares manifiestos. Algunos estudios monitorizan específicamente los movimientos oculares para asegurar que los ojos del observador permanezcan continuamente fijos 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 mecanismos diferentes para orientar la atención espacial. Las señales periféricas tienden a atraer la atención automáticamente, reclutando procesos de control atencional ascendentes. Por el contrario, se cree que las señales centrales están bajo control voluntario y, por lo tanto, utilizan procesos descendentes. [ 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 estas últimas requieren un mayor tiempo de procesamiento para su interpretación. [ 10 ]

experimentos de sonda espacial

En las tareas de señalización espacial, la señal espacial provoca que la atención se dirija a una ubicación específica. Las señales espaciales también se han utilizado con frecuencia en otros tipos de tareas para evaluar cómo se distribuye la atención espacial.

Se han utilizado sondas espaciales para evaluar la atención espacial en 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 puede utilizarse para guiar las búsquedas visuales. Esto se demostró mediante señales válidas que mejoraron la identificación de objetivos en relación con las condiciones inválidas y neutras. [ 11 ] Una pantalla de búsqueda visual también puede influir en la rapidez con que un observador responde a una sonda espacial. En una tarea de búsqueda visual, apareció un pequeño punto después de una pantalla visual 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 dirigido a la ubicación del objetivo.

El uso simultáneo de múltiples tareas 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 rendimiento en otras tareas. [ 13 ] [ 14 ] Por ejemplo, se descubrió que cuando se asignaba atención a la detección de 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 numerosas investigaciones. En consecuencia, esto ha dado lugar al desarrollo de diferentes metáforas y modelos que representan la distribución espacial de la atención propuesta.

Metáfora del foco de atención

Según la metáfora del foco, el punto 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 recibe atención y se procesa preferentemente, mientras que la información fuera del haz no recibe atención. Esto sugiere que el foco de atención visual tiene un tamaño espacial limitado y se desplaza para procesar otras áreas del campo visual.

metáfora del objetivo zoom

Las investigaciones han sugerido que el foco atencional es de tamaño variable. [ 16 ] Eriksen y St James [ 17 ] propusieron la metáfora del "objetivo zoom", que es una alternativa a la metáfora del foco de atención y tiene en cuenta la naturaleza variable de la atención. Esta explicación compara la distribución de la atención con un objetivo zoom que puede estrechar o ampliar el foco atencional. Esto respalda los hallazgos que muestran que la atención puede distribuirse tanto en una gran área del campo visual como 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 atencional y la eficiencia del procesamiento dentro de los límites de un objetivo 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 foco y recursos que disminuyen de forma continua a medida que se alejan del centro. [ 20 ] Downing [ 9 ] realizó una investigación utilizando una adaptación del paradigma de señalización de Posner que apoyó este modelo. El objetivo podía aparecer en 12 ubicaciones potenciales, marcadas con cajas. Los resultados mostraron que la facilitación atencional era más fuerte en la ubicación señalizada y disminuía gradualmente con la distancia a dicha ubicación. 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 cajas para marcar las ubicaciones potenciales del objetivo. No hubo evidencia de un efecto de gradiente, ya que las respuestas más rápidas se dieron cuando la señal y el objetivo estaban en el mismo hemicampo y las respuestas más lentas cuando estaban en hemicampos diferentes. Las cajas jugaron un papel importante en la atención, ya que un experimento posterior, utilizando las cajas, 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 dispersarse y solo está restringida por los bordes del hemicampo.

Dividir la atención espacial

En la investigación sobre la atención espacial visual se debate si es posible dividir la atención entre diferentes áreas del campo visual. Las teorías del "foco" y del "zoom" postulan que la atención utiliza un único foco unitario. Por lo tanto, la atención espacial solo puede asignarse a áreas adyacentes en el campo visual y, en consecuencia, no puede dividirse. Esto fue respaldado por un experimento que alteró el paradigma de señalización espacial mediante el uso de dos señales, una primaria y una secundaria. Se encontró que la señal secundaria solo era efectiva para enfocar 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 puede dividirse entre dos regiones no contiguas. Sin embargo, otros estudios han demostrado que la atención espacial puede dividirse entre dos ubicaciones. Por ejemplo, los observadores fueron capaces de prestar atención simultáneamente a dos objetivos diferentes ubicados en hemicampos opuestos. [ 19 ] La investigación incluso ha sugerido que los humanos son capaces de enfocar 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 si la atención espacial es unitaria o dividida depende de los objetivos de la tarea. [ 25 ] Por lo tanto, si dividir la atención es beneficioso para el observador, entonces se utilizará un foco de atención dividido.

Una de las principales dificultades para determinar si la atención espacial puede dividirse radica en que un modelo de atención de foco unitario también puede explicar varios de los hallazgos. Por ejemplo, cuando se presta atención a dos ubicaciones no contiguas, puede que no se trate de una división de la atención entre estas dos ubicaciones, sino más bien de una expansión del foco unitario de atención. [ 24 ] Alternativamente, es posible que no se preste atención a las dos ubicaciones simultáneamente, sino que el área de enfoque se desplace rápidamente de una ubicación a otra. [ 26 ] En consecuencia, resulta muy difícil demostrar de forma inequívoca que la atención espacial puede dividirse.

Déficits en la atención espacial visual

Heminegligencia

HeminegligenciaLa heminegligencia, también conocida como negligencia visual unilateral, negligencia atencional, negligencia hemiespacial o negligencia espacial, es un trastorno que incorpora un déficit significativo en la atención visuoespacial. 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 negligencia de los objetos en el lado izquierdo del espacio, [ 27 ] y se caracteriza por 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 de un daño en el hemisferio cerebral derecho de sujetos diestros. [ 27 ] Se ha propuesto que los lóbulos parietales derechos son comparativamente más responsables de la asignación de la atención espacial, por lo que 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 espacial se diagnostica mediante diversas pruebas con lápiz y papel. Un método común es la Prueba de la Figura Compleja (PFC). La PFC requiere que los pacientes copien un dibujo lineal complejo y luego lo reproduzcan de memoria. A menudo, los pacientes omiten características presentes en el lado contralateral del espacio y los objetos. Los pacientes con negligencia espacial se desempeñan de manera similar al reproducir imágenes mentales de lugares y objetos familiares. Un error común es no incluir los números en el lado izquierdo de un dibujo al dibujar 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 con lápiz y papel 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 bisecar la línea a la derecha del centro verdadero, dejando la parte izquierda sin atender. [ 27 ]

Las tareas de cancelación de objetos también se utilizan para determinar el alcance del posible déficit. Durante esta tarea, se les pide a los pacientes que tachen todos los objetos en una pantalla desordenada (por ejemplo, líneas, figuras geométricas, letras, etc.). [ 10 ] Los pacientes con daño principalmente en el área parietal derecha fallan en la detección de objetos en el campo visuoespacial izquierdo, y estos a menudo no son tachados por el paciente. Además, aquellos pacientes que pueden estar gravemente afectados tienden a fallar en la detección de sus errores en la inspección visual.

Extinción

La extinción es un fenómeno observable durante la estimulación simultánea doble de ambos campos visuales, izquierdo y derecho. Los pacientes con extinción no perciben el estímulo en el campo visual contralesional cuando se presenta 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 sobre los estímulos presentes en el campo aberrante, mientras que los pacientes con extinción no informan sobre los estímulos en el campo aberrante solo cuando se producen presentaciones simultáneas dobles en ambos hemicampos. [ 10 ] De forma análoga a la negligencia, la extinción afecta al campo visuoespacial contralesional en la mayoría de los pacientes con daño unilateral. [ 27 ] Los correlatos anatómicos de la negligencia visuoespacial y la extinción no se superponen completamente, y se ha propuesto que la extinción está asociada con lesiones subcorticales. [ 27 ]

Un método común para la detección rápida de la extinción visuoespacial es el Modelo de Confrontación Digital. Utilizado como evaluación estándar a pie de cama, la tarea requiere que el paciente indique (verbalmente o señalando) en qué campo visual se mueve la mano o el dedo del médico, mientras este realiza 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, al presentar un solo estímulo en el campo contralateral o dos estímulos simultáneos en los campos visuales contralateral e ipsilateral. Esta prueba rápida puede utilizarse de inmediato en un entorno hospitalario para un diagnóstico rápido y puede ser particularmente útil después de accidentes cerebrovasculares y convulsiones.

Regiones asociadas con el 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 suelen presentar dificultades para prestar atención a los estímulos ubicados en el hemisferio contralateral, 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 la ingesta de alimentos colocados a su izquierda o realizar movimientos de cabeza u ojos hacia la izquierda. [ 10 ] Los estudios de tomografía computarizada (TC) han demostrado que el lóbulo parietal inferior del hemisferio derecho es el que se daña con mayor frecuencia en pacientes con negligencia grave. [ 29 ]

El daño parietal puede disminuir la capacidad de reducir el ruido en la toma de decisiones. [ 10 ] Las señales espaciales parecen reducir la incertidumbre de una decisión visuoespacial. 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 en la toma de decisiones con respecto a objetivos ubicados en el campo contralateral. [ 10 ]

El daño a la región parietal también puede aumentar las conjunciones ilusorias de características. Las conjunciones ilusorias ocurren cuando las personas informan combinaciones de características que no ocurrieron. [ 28 ] Por ejemplo, al presentarle un cuadrado naranja y un círculo morado, el participante puede informar un cuadrado morado o un círculo naranja. Aunque normalmente se requerirían circunstancias especiales para que una persona sin deterioro produjera una conjunción ilusoria, parece que algunos pacientes con daño en la corteza parietal pueden mostrar una vulnerabilidad a tales deterioros visuoespaciales. [ 27 ] Los resultados de pacientes parietales sugieren que la corteza parietal, y por lo tanto la atención espacial, pueden estar implicadas en la resolución de este problema de vinculación de características. [ 10 ]

Daño en el lóbulo frontal

Se sabe desde hace tiempo que las lesiones en las cortezas frontales preceden a la negligencia espacial y otros déficits visuoespaciales. Específicamente, 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 superiores del lóbulo frontal que incluyen los campos oculares frontales parecen alterar algunas formas de movimientos oculares manifiestos. [ 10 ] Guitton, Buchtel y Douglas [ 30 ] demostraron que el movimiento ocular dirigido lejos de un objetivo visual que aparece abruptamente ("antisacada") está notablemente afectado en pacientes con daño en los campos oculares frontales, quienes frecuentemente realizaban movimientos oculares reflejos hacia el objetivo. Cuando los pacientes con daño en los campos oculares frontales realizaban antisacadas, tenían una latencia mayor de sus movimientos oculares en comparación con los controles. Esto sugiere que los lóbulos frontales, específicamente la región dorsolateral que contiene los campos oculares frontales, desempeñan un papel inhibitorio en la prevención de los 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 después de lesiones frontales dorsolaterales. [ 29 ]

Las lesiones del lóbulo frontal también parecen producir déficits en la atención visoespacial relacionados con la atención encubierta (la orientación de la atención sin necesidad de movimiento ocular). Utilizando la tarea de señalización espacial de Posner , Alivesatos y Milner (1989; véase [ 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 daño en el lóbulo frontal parece estar afectada.

También se encontró que la región del lóbulo frontal lateral derecho estaba asociada con la negligencia visual del lado izquierdo en una investigación realizada por Husain y Kennard. [ 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 la cara dorsal del giro frontal inferior y la sustancia blanca subyacente. Además, también se detectó superposición de áreas de lesión en la región dorsal del área de Brodmann 44 (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 participan en la dirección de la atención hacia 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 la atención espacial en una ubicación previamente señalizada. Un estudio de Rafal y Posner [ 31 ] encontró que los pacientes con lesiones agudas del pulvinar tardaban más en detectar un objetivo que aparecía en el campo visuoespacial contralateral en comparación con la aparición de un objetivo en el campo ipsilateral durante una tarea de señalización espacial. Esto sugiere un déficit en la capacidad de usar la atención para mejorar el rendimiento en la detección y el procesamiento de objetivos visuales en la región contralateral. [ 31 ]

Uso en camuflaje

El camuflaje se basa en engañar 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 revelarían la presencia del objeto camuflado (como una presa). Dichas marcas deben ser conspicuas 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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