I processi attentivi. L attenzione selettiva o focale: Attenzione visiva selettiva

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1 I processi attentivi L attenzione selettiva o focale: Attenzione visiva selettiva 1

2 Sommario L attenzione visiva selettiva e le sue caratteristiche funzionali Lo studio sperimentale dell orientamento attentivo: Il paradigma del visual cueing I primi modelli sull attenzione selettiva visiva e sull orientamento dell attenzione spaziale La teoria premotoria dell attenzione e i diversi meccanismi attentivi 2

3 L attenzione visiva come processo di selezione Ci sono similitudini importanti tra l attenzione selettiva nelle modalità visiva ed uditiva Selezione dell informazione presente in una particolare posizione spaziale (Egeth e Yantis, 1997; Lowereyns, 1998; Posner, 1980) Selezione di stimoli che possiedono una particolare caratteristica, come un dato colore o forma (Kinchla, 1992; Milliken e Tipper, 1998), oppure appartenenti ad una specifica categoria (Kinchla, 1992; Milliken e Tipper, 1998) 3

4 Tematica e problemi studiati Come viene orientata l attenzione nello spazio? Modo manifesto o nascosto Cosa succede quando l attenzione viene orientata su una zona dello spazio/campo visivo? Migliora l elaborazione dell info proveniente da quella porzione di spazio (es. maggiore accuratezza e velocità di risposta) Questo miglioramento è chiamato anche facilitazione attentiva (o effetto validità). 4

5 Tematica e problemi studiati Che cosa e quali meccanismi controllano lo spostamento della ns attenzione? Due tipi di stimoli: Stimoli endogeni o centrali orientamento volontario Stimoli esogeni o periferici orientamento automatico Cosa viene selezionato o su cosa viene portata l attenzione? Attenzione space-based o object-based Cosa succede all informazione che non è selezionata? Effetti d interferenza e di priming Distrazione 5

6 Orientamento implicito (nascosto) vs. esplicito (manifesto) Due modalità di esplorazione e selezione: Movimento del capo e degli occhi, spostamento della fovea (modalità esplicita od overt ) Senza movimento degli occhi, si assegna priorità d elaborazione a determinate parti del campo visivo (modalità implicita o covert ) Es. Guardare con la coda dell occhio 6

7 Perché studiare l orientamento implicito? Attraverso la modalità implicita dell orientamento dell attenzione posso studiare (e stimare) l effetto dell attenzione visiva indipendentemente dai cambiamenti dell acuità visiva e dai movimenti oculari L attenzione è una funzione autonoma rispetto alle diverse modalità sensoriali 7

8 Lo studio sperimentale dell orientamento covert Il paradigma del suggerimento visivo (o visual cueing) Posner 1980: Compiti di orientamento implicito Questo paradigma impiegando cue di natura diversa (centrali vs. periferici) ha permesso di: Studiare e stabilire le caratteristiche dell orientamento volontario ed automatico Stabilire se questi due tipi di orientamento si basano su un medesimo meccanismo o su meccanismi distinti 8

9 Paradigma del Visual Cueing Fissazione Segnale endogeno o esogeno Target 9

10 Paradigma del Visual Cueing Nelle condizioni valide: un segnale indica la posizione in cui effettivamente la compare lo stimolo bersaglio (target). Nelle condizioni neutre: il segnale che precede la comparsa del target (es. X) non indica nessuna posizione, ed il target ha uguale probabilità di comparire in ciascuna posizione. Nelle condizioni invalide: il target compare in una posizione diversa da quella indicata dal segnale. Ai soggetti è chiesto di non muovere gli occhi e di mantenere la fissazione al centro. 10

11 Paradigma del Visual Cueing: Tempi di Reazione Cue valido Cue non valido 11

12 Metafore e modelli dell attenzione visiva selettiva Fascio di luce (spotlight) (Posner, 1980) Ogni cosa all interno di un area relativamente piccola viene vista in modo molto chiaro, ma è difficile (o impossibile) vedere qualunque cosa che non si trovi entro il fascio di luce del riflettore. Fuoco di una lente (zoom lens) Eriksen e St. James (1986) L attenzione può essere diretta verso una determinata regione del campo visivo, ma l area del fuoco può essere aumentata o ridotta in base alle richieste del compito (e.g. Castiello e Umiltà, 1990) 12

13 Attenzione visiva spaziale come fascio di luce o fuoco di una lente Entrambi le metafore pongo quesiti interessanti: Come si muove il fuoco dell attenzione nello spazio? (Shulman et al., 1979; Tsal, 1983) Le dimensioni del fuoco dell attenzione sono variabili? (Castiello e Umiltà, 1990) Esiste una relazione inversa tra dimensioni del fuoco ed efficacia di elaborazione degli stimoli che cadono al suo interno? Il fuoco dell attenzione ha confini netti? 13

14 Dati a favore del movimento a velocità costante 6 Procedura: (Shulman et al., 1979; Tsal, 1983) 4 possibili posizioni del bersaglio (box) Un primo cue fa portare l attenzione sulla posizione segnalata (es. box 1) Un secondo cue segnala poi la probabile posizione del bersaglio (es. box 4) Dopo 200 ms compare il bersaglio Nelle prove invalide, il bersaglio compare con un intervallo più breve (5014 msec o 100 msec) in una posizione intermedia (es. box 2 o box 3) 4

15 Dati a favore del movimento a velocità costante 6 Risultati: si osservano benefici per le posizioni intermedie (es. nel box 2 per un intervallo di 50 msec e nel box 3 per un intervallo di 100 msec) Conclusioni: il fuoco dell attenzione spostandosi occupa tutte le posizioni intermedie (contro modello lente) L istante in cui il fuoco dell attenzione è sopra una determinata posizione intermedia dipende dalla distanza tra punto di partenza e di arrivo (a favore velocità costante) 4 15

16 Il dimensionamento del fuoco dell attenzione Procedura: Compare un quadrato di dimensioni piccole (1 grado di lato), medie (2 gradi di lato), o grandi (3 gradi di lato), a destra o a sinistra dello schermo e dentro questo compare il bersaglio (prove valide, probabilità 100%). Castiello ed Umiltà (1990) Nel 25% delle prove compaiono due quadrati uguali dai 2 lati dello schermo, e dentro uno di questi compare il bersaglio (prove neutre, probabilità 50%) - controllo 16

17 Il dimensionamento del fuoco dell attenzione Procedura (continua): L intervallo tra comparsa del box (cue) e comparsa dello stimolo bersaglio è di 500 msec oppure di 40 msec Compito: Castiello ed Umiltà (1990) Spostare l attenzione su un quadrato o su entrambi e di rilevare la presentazione del bersaglio il più rapidamente possibile 17

18 Risultati TR (msec) Piccolo Medio Grande Dimensioni del quadrato Castiello ed Umiltà (1990) 500 ms 40 ms Risultati: I TR per le prove valide sono più rapidi di quelli per le prove neutre ad entrambi gli intervalli (284 vs. 316 msec) I TR variano in funzione delle dimensioni del quadrato, ma solo all intervallo di 500 msec: Conclusioni: le dimensioni del fuoco sono variabili, ma l operazione di dimensionamento richiede tempo (più di 40 msec) l efficienza di elaborazione e` una funzione inversa dell area del fuoco attentivo 18

19 Evidenza a favore del modello della zoom-lens Müller et al. (2003) I bersagli sono rilevati più velocemente quando sono presentati all interno di aree piccole Attivazione cerebrale più diffusa nelle aree visive extrastriate quando si presta attenzione ad area di dimensioni più grandi Qual è l ampiezza minima dello zoom? Humphreys (1981): è inferiore a 0.5 quando l attenzione è focalizzata sul centro della fovea, ma aumenta di 1 quando questa si sposta di 1 dal centro della fovea 19

20 Evidenza a favore dell esistenza di Multiple Spotlights Awh and Pashler (2000) Le aree in azzurro indicano dove comparirà il target (cued locations) mentre questo non comparirà nelle aree quelle vicine (near) e lontane (far)- invalide Awh e Pashler (2000). Nessuna differenza nell accuratezza nelle prove valide mentre significativo peggioramento nelle invalide (destra e sinistra) (sia vicine che lontane) 20

21 Quali sistemi o meccanismi attentivi? Esiste un sistema attentivo unico? Esistono due o più sistemi attentivi? Non esiste alcun sistema attentivo autonomo, ma i meccanismi attentivi sono intrinseci ai circuiti sensomotori 21

22 Funzione dell attenzione visiva selettiva Uno dei più importanti requisiti per la sopravvivenza è la capacità di localizzare gli stimoli presenti nell ambiente e di organizzare azioni appropriate in risposta ad essi Rizzolatti e Gallese, 1988 La LOCALIZZAZIONE degli stimoli ambientali e l organizzazione di azioni appropriate in risposta ad essi sono strettamente legata al funzionamento dei sistemi attenzionali. 22

23 La teoria premotoria dell attenzione (Rizzolatti et al., 1987) Come si origina l attenzione spaziale? Dall attivazione dei programmi motori (programmazione motoria) necessari per eseguire un azione indipendentemente dalla loro esecuzione. Per programmare atti motori e movimenti è necessario localizzare gli oggetti nello spazio Dall attivazione dei circuiti neurali corticali e sotto-corticali che trasformano l info spaziale in azioni (movimenti degli arti e/o degli occhi). I meccanismi attentivi non sono separati dai circuiti sensomotori 23

24 La teoria premotoria dell attenzione Grazie alla programmazione motoria si verifica: Un aumento della prontezza nella direzione spaziale voluta Attivazione dell elaborazione dell info che proviene dalla stessa regione Ogni meccanismo responsabile di azioni dirette verso lo spazio esterno può produrre attenzione spaziale. L attenzione visiva spaziale nasce dalla programmazione di movimenti oculari necessari per spostare gli occhi su regioni dello spazio (Saccadi) 24

25 L effetto meridiano e l effetto distanza Fissazione (500 ms) Suggerimento (cue) ( ms) * Compito: Rilevamento stimolo bersaglio Risultati: Effetto Meridiano: a parità di distanza spaziale TR più lenti per le prove invalide che sono nell emicampo non segnalato dal cue rispetto a quelle invalide che sono nell emicampo segnalato dal cue Effetto Distanza: progressivo aumento dei TR sempre per le prove invalide in funzione della distanza segnalata dal cue anche se le prove sono presentate nello stesso emicampo Invalida Valida Invalida Invalida 25

26 Interpretazione dei risultati Il cue dà il via all attivazione di un programma motorio per l esecuzione di una saccade in quella posizione spaziale (anche se questa non viene eseguita) Nelle prove valide: c è coincidenza tra posizione di comparsa del cue e posizione di atteraggio della saccade (beneficio) Nelle prove invalide: non c è coincidenza ed il programma motorio deve essere modificato o riprogrammato in base a dove è comparso il bersaglio e ciò produce un ritardo (costo) 26

27 Interpretazione dei risultati Il costo sarà tanto maggiore quanto più grandi ed onerose saranno le modifiche da apportare al programma ocuolomotorio Effetto distanza: è richiesta solo la modifica dell ampiezza ma non della direzione della saccade, e quindi un aggiustamento minimo del programma (costo minore) Effetto meridiana: è richiesta la modifica della direzione e dell ampiezza della saccade e quindi la riprogrammazione della saccade (costo maggiore) 27

28 Teoria premotoria dell attenzione: basi neurali Nel lobo frontale e nelle aree parietali, le stesse struttura attivate per il controllo endogeno (covert) dell attenzione sono attivate anche nel controllo dei movimenti oculari (overt oculomotor shifts). There is a strong overlap in frontal, parietal and temporal regions, indicating a functional relationship between the neural systems for shifting attention to locations and making eye movements - (Corbetta. et al., 1998; Corbetta e Shulman, 2002) Da Corbetta e Shulman,

29 Un unico meccanismo o due meccanismi? Posner (1980): Un unico meccanismo che può essere innescato automaticamente oppure controllato volontariamente Successivamente, però viste non solo le analogie tra orientamento volontario ed automatico, ma anche e soprattutto le differenze trovate a seconda del cue (centrale vs. periferico) utilizzato, è stato proposto che si trattasse invece di due meccanismi distinti (Posner & Petersen, 1990) 29

30 Meccanismo o sistema endogeno Orientamento Volontario: Intenzionale Minore rapidità di comparsa dell effetto di facilitazione Maggiore durata dell effetto Sistema attenzionale anteriore (AAS) corteccia pre-frontale mediale (corteccia cingolata anteriore, area supplementare motoria SMA) 30

31 Meccanismo o sistema esogeno Orientamento Automatico: Evento saliente (flash, suono) alla periferia del campo visivo cattura l attenzione (segnale esogeno). Rapidità di comparsa dell effetto di facilitazione. Breve durata dell effetto Presenza dell inibizione di ritorno (IOR)= Dopo 200 ms dalla comparsa dell evento saliente TR rallentati quando il target compare nella stessa posizione dell evento saliente Sistema attenzionale posteriore (PAS) collicolo, pulvinar, corteccia parietale posteriore 31

32 Un unico meccanismo o due meccanismi? Studi recenti sulla basi neurologiche dell orientamento dell attenzione eseguiti con la risonanza magnetica funzionale hanno confermato l esistenza di meccanismi distinti, ma in interazione tra loro 32

33 Sistema attentivo Top-Down Aree cerebrali coinvolte nell orientamento volontario dell attenzione, attivate in compiti di controllo endogeno dell attenzione Circuito fronto-parietale dorsale bilaterale Da Corbetta e Shulman (2002) 33

34 Sistema attentivo Bottom-up Aree cerebrali coinvolte nell orientamento automatico dell attenzione, attivate durante il rilevamento di stimoli inattesi Da Corbetta e Shulman (2002) Circuito fronto-parietale ventrale, principalmente localizzato nell emisfero di destra 34

35 Meccanismi interattivi Questi due meccanismi generalmente funzionano insieme ed interagiscono L orientamento volontario ci permette di scegliere gli eventi ambientali che ci interessano e/o che sono utili per i ns. scopi L orientamento automatico ci permette di rilevare eventi ambientali imprevisti e potenzialmente interessanti o pericolosi Avrebbe una funzione d interruzione (o circuit-breaking ) che ci permetterebbe di rispondere in maniera adeguata a cambiamenti repentini che si verificano nell ambiente (Corbetta e Shulman, 2002) 35