Tytus Sosnowski

WPROWADZENIE

DO PSYCHOFIZJOLOGII

Aktywność oka

• Szerokość źrenicy

• Ruchy oczu

• Reakcja mrugania

• SZEROKOŚĆ ŹRENICY

PUPILLOMETRIA - pomiar szerokości źrenicy

Motoryka źrenicy (mięśnie gładkie)

* okrężny mięsień zwieracz (układ parasympatyczny)

* promienisty mięsień rozwieracz (układ sympatyczny)

Pobudzenie jednego mięśnia idzie w parze z hamowaniem drugiego - mechanizm tej reakcji jest centralny.

Czynniki powodujące zwężenie źrenicy

* wzrost oświetlenia

* akomodacja oka do bliży

* zmęczenie (fizyczne i psychiczne)

Skutki zwężenia źrenicy dla procesu widzenia

* wzrost głębi ostrości

* ochrona siatkówki przed zbyt silną iluminacją (choć
adaptacja do światła - zakres 100 000 000 000 : 1 -
jest głównie funkcją siatkówki

* odcięcie promieni obwodowych (poprawa jakości
widzenia)

Czynniki powodujące rozszerzenie źrenicy

* słabe oświetlenie

* akomodacja oka do dali

* bodźce psychologiczne

Skutki rozszerzenia źrenicy dla procesu widzenia

* wzrost iluminacji siatkówki

* poprawa widzenia w ciemności (oświetlenie obwodowej
części siatkówki)

-------------------------

Przeciętna szerokość źrenicy: 4 mm

zakres zmian: 2 - 8 mmm

maksymalna reakcja na bodźce psychologiczne: ok. 0,5 mm
(w starszych pracach wyrażano wielkość reakcji w %)

Pomiar: W latach 60-tych fotografowano źrenicę na taśmie filmowej 16mm lub 35mm. Badania wymagały często wykonania 10 000 - 20 000 zdjęć.

Obecnie używa się kamer video o wysokiej rozdzielczości pracujących w świetle podczerwonym. Możliwy jest pomiar w trakcie swobodnych ruchów głowy. W analizie danych wykorzystuje oprogramowanie do „pattern recognition”, automatycznie lokalizujące brzegi źrenicy.

CZYNNIKI WYMAGAJĄCE KONTROLI
W BADANIACH PUPILOMETRYCZNYCH

• Jasność bodźca (bodziec testowy vs kontrolny);

• Barwa światła (krótsze fale świetlne wywołują silniejsze reakcje źrenicy niż fale dłuższe);

• Ruch obiektu (⇒większa reakcja źrenicy);

• Niewzrokowe bodźce sensoryczne (⇒rozszerzenie źrenicy);

• Wysiłek mięśniowy (⇒rozszerzenie źrenicy);

• Zmęczenie (⇒ zwężenie źrenicy)

• Akomodacja;

• Wyjściowa szerokość źrenicy (wg Bradshowa
  & Beatty'ego nie wpływa na wielkość reakcji źrenicy);

• Habituacja reakcji źrenicy;

• Rytmy okołodobowe (np. minimalna latencja reakcji
  między godziną 14 a 15, maksymalna -- między 22 i 24);

• Spontaniczne zmiany szerokości źrenicy;

• Środki farmakologiczne (np. leki psychotropowe);

• Zmiana iluminacji siatkówki wywołana reakcją na
  bodźce psychologiczne;

• Pomiar - wykorzystuje się światło podczerwone na które
  źrenica nie reaguje).

WPŁYW CZYNNIKÓW PSYCHOLOGICZNYCH

Wysiłek umysłowy

(E.H. Hess; J. Beatty; D. Kahneman; M. P. Janisse)

• Reakcja (rozszerzenie) źrenicy wywołana zadaniem (task-evoked pupillary response - TEPR) wzrasta ze wzrostem wysiłku (obciążenia) poznawczego (cognitive load):

- percepcja (różnicowanie, rozpoznawanie);

- pamięć (np. ilość elementów do zapamiętania);

- myślenie, np:

- rozwiązywanie zadań arytmetycznych;

- rozumienie tekstów;

Późniejsze badania: zależność ta jest krzywoliniowa; największe zmiany wywołują zadania średnio trudne.

Peavler (1974): w zadaniach na STM największa reakcja przy zapamiętywaniu 7 elementów.

• Zmiany szerokości źrenicy są ściśle z synchronizowane z przebiegiem aktywności poznawczej.
  

• Zmiana szerokości źrenicy jest odwrotnie proporcjonalna do poziomu inteligencji osoby wykonującej zadanie
  (z wyjątkiem testów słownikowych, cf. Ahern & Beatty, 1979, 1981).

Interpretacja: niższy poziom inteligencji = większy wysiłek poznawczy.

Kahneman („Attention and effort”, 1973): Szerokość źrenicy najlepiej różnicuje pobudzenie wywołane wysiłkiem umysłowym od pobudzenia wywołanego stresem emocjonalnym.

Szerokość źrenicy, jako wskaźnik obciążenia poznawczego, spełnia trzy podstawowe kryteria.
Różnicuje:

a) fazy tego samego zadania, różniące się wymaganiami;

c) zadania stawiające różne wymagania poznawcze;

b) osoby o różnych poziomach zdolności.

Wybrane rodzaje zadań poznawczych

• Percepcja i wykrywanie sygnałów (signal detection): TEPR wzrasta w momencie wykrycia sygnału lub rozpoznania podobieństwa bodźca do bodźca wzorcowego
  

• W zadaniach typu oddball task , wielkość TEPR wzrasta gdy bodziec staje się mniej prawdopodobny, nie różnicuje natomiast bodźca target i nontarget (cf. Beatty & Wagoner, 2000) ⇒ TEPR ma związek ze zmianą modelu poznawczego bodźca (analogicznie jak OR czy P300)
  

• Zadania językowe;
  Beatty & Wagoner, 1978 porównywali bodźce
  AA (identyczne wizualnie)
  ­Aa (identyczne fonetycznie)
  Ae (identyczne co do kategorii - samogłoski)
  Największa TEPR przy zadaniach typu Ae

• Hyönä et al. (1995) porównywali trzy zadania językowe: słuchanie, powtarzanie (shadowing) i tłumaczenie: największa TEPR podczas tłumaczenia.
  ⇒ TEPR koreluje z głębokością przetwarzania informacji językowych

• W zadaniach na czas reakcji reakcja źrenicy jest ściśle zsynchronizowana z momentem ekspozycji bodźca imperatywnego.
  

• Reakcja ta jest większa w zadaniach typu “go” niż zadaniach typu “no go”.
  ⇒ Reakcja źrenicy ma związek z przygotowaniem do reagowania motorycznego (motor preparation).
  

• Zimmer (1991)
  ­- Zmiany szerokości źrenicy zależą od poziomu motywacji zadaniowej;
  - Antycypacja: reakcja na bodźce sygnalizujące trudność zadania jest proporcjonalna do sygnalizowanej trudności.

Zainteresowanie (atrakcyjność bodźca)

Hipoteza Hessa (1965, i in.):

bodźce oceniane pozytywnie, wywołujące
pozytywne emocje ⇒ rozszerzenie źrenicy,
bodźce negatywne ⇒ zwężenie źrenicy:

Badania Hessa

• Rozszerzenie źrenicy:

* osoby atrakcyjne seksualnie

(różnicowanie preferencji heteroseksualnych i
homoseksualnych)

* osoby cieszące się uznaniem społecznym (M.L. King,
L. Johnson vs. G. Wallace).

* smaczne potrawy (zwłaszcza u osób głodnych).

• Zwężenie źrenicy:

* zdjęcia przedstawiające choroby skóry, zabitych
gangsterów

Badania innych autorów nie potwierdziły zwężenia źrenicy pod wpływem bodźców negatywnych

Janisse (1974): rozszerzenie źrenicy wskazuje na siłę reakcji emocjonalnej nie na jej znak.

Loewenfeld: “...wszystkie bodźce psychologiczne i sensoryczne (z wyjątkiem światła) rozszerzają źrenicę, a żaden jej nie zwęża”.

SZEROKOŚĆ ŹRENICY JAKO
BODZIEC EMOCJONALNY

Dane anegdotyczne: stosowanie przez starożytne kobiety belladonny (zawiera atropinę, blokującą nerwy przywspółczulne) jako środka “upiększającego”.

Badania Hessa i wsp.:

Metodologia:
retusz zdjęć, schematyczne rysunki twarzy, schematyczne rysunki oka, dorysowywanie źrenic rysunkach twarzy
Wyniki:

osoby o większych źrenicach oceniane bardziej pozytywnie, jako:

* bardziej atrakcyjne

* bardziej szczęśliwe, zadowolone
* bardziej pozytywnie nastawione do innych

* młodsze

Oceniający nie byli zwykle świadomi powodu swych ocen

Hipotezy:
* szerokość źrenicy jako bodziec kluczowy - element
wzorca dziecięcości (dzieci mają relatywnie duże źrenice).
* lubimy gdy inni zwracają na nas uwagę

Kilka uwag na marginesie:

Badania nad wzorcem dziecięcości pokazują, że pozytywna reakcja emocjonalna na dzieci (w tym - młode osobniki innych gatunków) zależy od proporcji ciała, w tym m.in.
od proporcji czaszki (stosunku wielkości mózgoczaszki do trzewioczaszki). Reakcja taka jest wrodzona a jej mechanizm nieuświadamiany. Dzieci mają też duże oczy w stosunku do wielkości twarzy.

Innym interesującym przykładem nieuświadamianej reakcji emocjonalnej jest negatywny imprinting, odkryty w latach 70-tych przez Shephera wśród wychowanków Kibutzów. Wśród 2769 zbadanych małżeństw nie było ani jednego zawartego przez osoby (niespokrewnione) wychowywane razem w wieku od 0 do 6 lat. Zdaniem autora, negatywny imprinting może stanowić biologiczny mechanizm zapobiegający kazirodztwu.

RUCHY OCZU

Ze względu na specyficzne cechy budowy siatkówki widzenie ostre nie jest możliwe bez precyzyjnych ruchów oczu.

Komórki światłoczułe siatkówki oka

CZOPKI

• zlokalizowane głównie w dołku centralnym,
  odbierają bodźce z = 1/10000 pola widzenia
  ≈ 1.5 stopnia kątowego
  ≈ 3-4 znaki standardowego druku z odległości 30-40 cm

• widzenie barw i widzenie ostre (detali)

• widzenie w dobrym świetle (widzenie fotopowe)

PRĘCIKI

• zlokalizowane w obwodowej części siatkówki,
  nieobecne (u człowieka) w dołku centralnym

• widzenie kształtów (bez ostrości)

• Widzenie w słabym świetle (widzenie skotopowe)

KLASYFIKACJA RUCHOW OCZU

• ruchy skokowe (saccadic) - od jednego do następnego punktu fiksacji;

• ciągły ruch podążania (gdy szybkość obiektu wzrasta ponad pewną granicę ⇒ ruchy skokowe);

• ruchy przedsionkowe, kompensujące ruch ciała, stabilizujące położenie postrzeganego obiektu na siatkówce;

• ruchy zbieżne (widzenie głębi i widzenie trójwymiarowe);

• mikroruchy - po 10 s (sztucznie utrzymywanej) fiksacji na tym samym obiekcie - postrzegany obiekt znika z pola widzenia

Ruchy skokowe (saccadic)

• skok od jednego punktu fiksacji do następnego;
  

• ruch mimowolny, niewolicjonalny, realizujący wolicjonalny zamiar zmiany punktu fiksacji wzroku;
  

• proces widzenia ma miejsce w czasie fiksacji, w czasie ruchu skokowego oko jest funkcjonalnie ślepe;
  

• mechanizm wstępnego i następczego maskowania (backward and forward masking) chroni przed nieostrym widzeniem czasie ruchu skokowego;
  

• ruch balistyczny (wstępnie zaprogramowany);
  

• bardzo szybki do 800o/s; w pewnym zakresie (0-30°) liniowy związek między zakresem i szybkością ruchu;
  

• gdy ruch oka jest nieprecyzyjny oko wykonuje czasem dodatkowy ruch korekcyjny;
  

• ruch regresyjny = ruch do punktu poprzedniej fiksacji);

CZYTANIE

• Czytanie jest sekwencją fiksacji i ruchów skokowych
  u osób dorosłych -4-5 ruchów skokowych na sekundę, czas jednej fiksacji = około 200 ms.

• osoby czytające biegle wykorzystują informacje z peryferyjnej części siatkówki do programowania ruchów skokowych

• Częstość i czas trwania fiksacji zmniejsza się z wiekiem, najszybciej maleje u dzieci w wieku 7-11 lat.

• Fiksacje są dłuższe:

- u osób słabo czytających,

- w wypadku trudnych tekstów,

- w wypadku tekstów ważnych,

- w wypadku błędów w tekście,

- w wypadku pierwszej fiksacji w danym wierszu.

Ruchy oka jako wskaźnik

procesu percepcji wzrokowej

uwagi

zainteresowań

Diagnoza dominacji półkulowej

W niektórych zadaniach (wymagających namysłu) dominacja prawej półkuli idzie w parze z tendencją do kierowania wzroku w lewo i vice versa.

Ergonomia

Analiza pracy operatorów zależnych od wykorzystania informacji wzrokowej (pilot samolotu, kierowca, operator komputera, itp.):

• analiza przebiegu czynności operatora;

• optymalizacja warunków pracy (stanowiska operatora);

• badanie czynników wpływających na efektywność pracy;

• ocena stanu funkcjonalnego operatora (np. zmęczenia);

• ocena dyspozycji indywidualnych.

REAKCJE MRUGANIA

(eyeblinks)

Klasyfikacja reakcji mrugania:

• Mruganie WOLICJONALNE (sterowane instrukcją).

• Mruganie ODRUCHOWE (na nieoczekiwane, nowe lub silne bodźce):

• odruch zaskoczenia ("startle reflex") - na nagły,
  nieoczekiwany bodziec (np. strzał),
  - odruch obronny (defense reflex) - na bodźce szkodliwe
  (np. podmuch powietrza skierowany w oko).
  Reakcja odruchowa łatwo warunkuje się klasycznie

• Mruganie SPONTANICZNE
  średnia częstotliwość u dorosłych ≈15-30?min
  u noworodków ≈ 1-2 / 3 minuty

Znaczenie biologiczne mrugania spontanicznego

• zwilżanie rogówki - rozprowadzanie wydzieliny gruczołów łzowych na powierzchni gałki ocznej

• oczyszczanie powierzchni rogówki.

• przerwa w odbiorze informacji wzrokowej.

Wskaźniki mrugania:

- czas trwania pojedynczego mrugnięcia,

- częstotliwość,

- lokalizacja czasowa,

Niektóre czynniki wpływające na mruganie spontaniczne
(w/g Ponder i Kennedy (1928)

• Czynniki zwiększające częstość mrugania:
  - dym papierosowy,
  - pobudzenia, napięcie emocjonalne (np. lęk, gniew),
  - w trakcie aktywności zadaniowej mężczyźni mrugają
  częściej niż kobiety

• Nie wpływa na częstość mrugania:
  - wilgotność powietrza
  - znieczulenie rogówki
  - siła oświetlenia
  - utrata wzroku

Znaczenie psychologiczne mrugania spontanicznego

w/g Johna Sterna

• Mruganie jest hamowane w czasie odbioru informacji wzrokowej.

• skrócenie fazy zasłonięcia oka w bliskości (time locked)
  momentu ekspozycji bodźca,

• odroczenie mrugnięcia gdy mogłoby ono wypaść w momencie odbioru informacji,

• ogólne zmniejszenie częstości mrugania,
  

• Po zakończeniu fazy zadaniowej, w czasie przerwy lub odpoczynku, następuje okres wzmożonego mrugania, “kompensujący wcześniejsze zahamowanie mrugania. Mruganie może być wskaźnikiem różnicującym fazę aktywności zadaniowej od fazy odpoczynku (time out).

Niektóre ustalenia eksperymentalne:

• Czytanie (Ponder & Kennedy, 1928;
  Orchard & Stern, 1991):

Mruganie jest częstsze:
- w czasie ruchu skokowego oka niż w czasie pauzy
fiksacyjnej;
- w trakcie zmiany wiersza, zmiany strony, lub ruchu
regresyjnego niż w czasie płynnego czytania.

• Praca pilota na symulatorze lotu (Stern i in., 1984):

- pilot prowadzący samolot mruga krócej i rzadziej
niż co-pilot;.

- pilot mruga rzadziej wykonując zadanie trudne niż
wykonując zadanie łatwe.

• Rozwiązywanie zadań pamięciowych
  (Bauer, Goldstein & Stern, 1987):

- w fazie zapamiętywania częstość mrugania wzrasta z trudnością zadania. Hipoteza: częstość mrugania jest wskaźnikiem powtarzania (rehersal) zapamiętywanych pozycji (itemów).

CZĘSTOŚĆ MRUGANIA A EMOCJE

Niektóre badania wskazują, że:

• silne emocje (lęk, gniew) mogą zwiększać częstość mrugania.
  

• częstość mrugania jest większa u osób mniej stabilnych emocjonalnie (osoby lękliwe, schizofrenicy).
  

Hipoteza (Stern): emocje mogą osłabiać zdolność do hamowanie mrugania związanego z ekspozycją zadania
(time locked). W efekcie mruganie będzie miało charakter bardziej chaotyczny, kolidujący z aktywnością zadaniową (odbiorem bodźców).

Mruganie a odruch zaskoczenia

(startle reflex)

Odruch zaskoczenia jest niewolicjonalną reakcją na nieoczekiwany, nagle pojawiający się bodziec (w badaniach eksperymentalnych - bodziec o krótkim czas narastania)

Wskaźniki: ruch ramion, deceleracja rytmu serca, desynchronizacja rytmu alfa, amplituda i latencja reakcji mrugania (zasłonięcie oka powieką), reakcja EMG z musculus orbicularis

Odruch zaskoczenia jest traktowany jako wskaźnik automatycznego przetwarzania informacji, nie wymagającego świadomej uwagi (preattentive).

ale może być modulowany przez procesy kontrolowane (np. instrukcje kierujące uwagę na bodziec lub odwracające uwagę od bodźca)

Pokrewne koncepcje:

alokacja (ograniczonych) zasobów uwagi

kontrolowane vs automatyczne przetwarzanie informacji

Paradygmat badawczy: prepulse inhibition (PPI)
- Frances Graham, Michael Dawson

S1 (prepulse)
- stimulus onset asynchronies (SOA < 500 ms)
- S2 (startle)

Prezentacja S1 zmniejsza reakcję na S2

Graham: PPI wskazuje na proces który chroni przetwarzanie prepulse (S1) przed zakłóceniami powodowanymi przez bodziec zaskoczenia (S2).

• Efekt PPI (zmniejszenie r. zaskoczenia) jest większy gdy:

- S1 stawia większe wymagania poznawcze,

- uwaga jest kierowana (np. za pomocą instrukcji)
na pierwotne zadanie (S1)
- SOA (interwał S1-S2) jest krótki (30 -240 ms).

• Efekt PPI jest mniejszy, gdy:

- uwaga jest kierowana na S2,

- SOA jest długi (ponad 1000ms).

Inne wyniki:

• brak PPI u schizofreników, co sugeruje deficyt uwagi dowolnej

• efekt PPI jest większy gdy S2 jest eksponowany do lewego ucha (prawej półkuli). Hipoteza: reakcja zaskoczenia jest zależna od prawej, emocjonalnej półkuli.

• Reakcja zaskoczenia wzrasta gdy (przy prezentacji S1 prawej półkuli) walencja pierwotnego zadania zmienia się z pozytywnej na negatywną.

Aktywność oka 2008/2209 - 1

---