Применение технологий виртуальной реальности для оценки эгоцентрических и аллоцентрических пространственных репрезентаций в рабочей памяти

Савельева О.А., Меньшикова Г.Я., Величковский Б.Б., Бугрий Г.С.

Ссылка для цитирования:

Савельева О.А., Меньшикова Г.Я., Величковский Б.Б., Бугрий Г.С. Применение технологий виртуальной реальности для оценки эгоцентрических и аллоцентрических пространственных репрезентаций в рабочей памяти // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 8. С. 89–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-89-98

Saveleva O.A., Menshikova G.Ya., Velichkovsky B.B., Bugriy G.S. Using the virtual reality technologies to assess egocentric and allocentric spatial representations in working memory [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 8. P. 89–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-89-98

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. В работе предложена методика оценки точности эгоцентрических и аллоцентрических пространственных репрезентаций, которые выступают основой для описания пространства. На точность формирования репрезентаций влияет множество факторов: личностных, эмоциональных, когнитивных, средовых и других. Целью исследования была разработка и апробация методики оценки точности формирования эгоцентрических и аллоцентрических репрезентаций в рабочей памяти. Метод исследования — иммерсивные технологии виртуальной реальности CAVE. Результаты показали, что в рабочей памяти пространство представления информации зависит от решаемой задачи и индивидуальных особенностей человекаоператора. Выводы: теоретическим базисом пространства представления визуальной информации оператором выступает согласованная работа визуальной и пространственной когнитивных систем, кодирующих метрические, глубинные и топологические параметры локализации объектов в пространстве. Вариабельность полученных данных выступает практической основой контроля стрессовой реакции различного уровня в условиях виртуальной реальности в зависимости от сложности решаемой когнитивной задачи и личностных особенностей (когнитивный стиль, черты личности, сформированность пространственных способностей и др.). Результаты применимы в робототехнике, здравоохранении и смежных областях для совершенствования процедур дифференциальной диагностики, тестирования, коррекции пространственных нарушений и др.

Ключевые слова:

пространство представления информации оператором, эгоцентрические и аллоцентрические пространственные репрезентации, рабочая память, топология, метрика, глубина, виртуальная реальность

Благодарность:

исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-78-10090. Работа выполнена на оборудовании, поставленном по программе развития МГУ имени М.В. Ломоносова.

Коды OCIS: 330.4300, 330.4270, 330.5020

Список источников:

1. Шелепин Ю.Е., Луцив В.Р., Коротаев В.В. Оптические технологии и зрительная картина мира: иконика и нейроиконика // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 8. С. 3–7.https://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-08-03-07 Shelepin Yu.E., Lutsiv V.R., Korotaev V.V. Optical technologies and the visual picture of the world: iconics and neuroiconics // Journal of Optical Technology. 2022. V. 8. № 8. P. 434–436. •https://doi.org/10.1364/JOT.89.000434
2. Шелепин Ю.Е., Хараузов А.К., Жукова О.В., Пронин С.В., Куприянов М.С., Цветков О.В. Маскировка и обнаружение скрытых сигналов в динамических изображениях // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 10. С. 89–102. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-10-89-102 Shelepin Yu.E., Kharauzov A.K., Zhukova O.V., Pronin S.V., Kupriyanov M.S., Tsvetkov O.V. Masking and detection of hidden signals in dynamic images // Journal of Optical Technology. 2020. V 87. № 10. P. 624–632.
3. Ярбус А.Л. Движения глаз при восприятии сложных объектов // Роль движений глаз в процессе зрения. М.: Наука, 1965. С. 125–148.
4. Ziemer J.L. The effects of chronic stress on allocentric versus egocentric spatial memory // Doctoral thesis. Canada, Regina, Saskatchewan: The University of Regina, 2023. 85 р.
5. Shepard R.N. Form, formation, and transformation of internal representations // Information processing and cognition. Routledge. 1975. С. 87–122.
6. Малахова Е.Ю. Пространство описания зрительной сцены в искусственных и биологических нейронных сетях // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 10. С. 50–58. Malakhova E.Yu. Information representation space in artificial and biological neural networks // Journal of Optical Technology. 2020. V. 87. № 10. P. 598–603. https://doi.org/10.1364/JOT.87.000598
7. Colombo D., Serino S., Tuena C., Pedroli E., Dakanalis A., Cipresso P., Riva G. Egocentric and allocentric spatial reference frames in aging: A systematic review // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 2017. V. 80. P. 605–621. https://doi.org/ 10.1016/j.neubiorev. 2017.07.012
8. Derbie A.Y., Bolton K.H., Chau Clive H., Wong Y.et al. Common and distinct neural trends of allocentric and egocentric spatial coding: An ALE meta-analysis // European Journal of Neuroscience. 2021. V. 53(11). P. 3672–3687. https://doi.org/10.1111/ejn.15240
9. Klatzky R.L. Allocentric and egocentric spatial representations: definitions, distinctions and interconnections // Spat. Cogn. 1998. V. 1404. P. 1–17. https://doi.org/10.1007/3-540-69342-4_1
10. Wang C., Chen X., Knierim J.J. Egocentric and allocentric representations of space in the rodent brain // Current opinion in neurobiology. 2020. V. 60. С. 12–20. https://doi.org/ 10.1016/j.conb.2019.11.005

11. Bird C.M., Burgess N. The hippocampus and memory: insights from spatial processing // Nature Reviews Neuroscience. 2008. 9. 182–194. https://doi.org/10.1038/nrn2335
12. Danjo T. Allocentric representations of space in the hippocampus // Neuroscience research. 2020. V. 153. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.neures.2019.06.002
13. Tuena C., Mancuso V., Stramba-Badiale C. et al. Egocentric and allocentric spatial memory in mild cognitive impairment with real-world and virtual navigation tasks: a systematic review // Journal of Alzheimer's Disease. 2021. V. 79(1). P. 95–116. https:// doi.org/10.3233/JAD-201017
14. Kuipers B. A hierarchy of qualitative representations for space // Spatial cognition: An interdisciplinary approach to representing and processing spatial knowledge. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1998. P. 337–350.
15. Hørlyck L.D., Jespersen A.E., King J.A. et al. Impaired allocentric spatial memory in patients with affective disorders // Journal of Psychiatric Research. 2022. V. 150. P. 153–159. https://doi.org/ 10.1016/j.jpsychires.2022.01.042
16. Van der Kolk B. The body keeps the score: Brain, mind, and body in the healing of trauma. NY: Penguin, 2014. 356 p.
17. Fernandez-Baizan C., Arias J.L., Mendez M. Spatial memory assessment reveals age-related differences in egocentric and allocentric memory performance // Behavioural Brain Research. 2020. V. 388. P. 112646. https://doi.org/ 10.1016/j.bbr.2020.112646
18. Wen W., Ishikaw T., Sato T. Individual differences in the encoding processes of egocentric and allocentric survey knowledge // Cognitive Science. 2013. V. 37. P. 176–192. https://doi.org/10.1111/cogs.12005
19. Baddeley A. Working memory: theories, models, and controversies // Annual review of psychology. 2012. V. 63. P. 1–29. https://doi.org/10.1146/annurevpsych-120710-100422
20. Iachini T., Ruotolo F., Iavarone A.et al. From aMCI to AD: the role of visuo-spatial memory span and executive functions in egocentric and allocentric spatial impairments // Brain Sciences. 2021. V. 11. № 11. P. 1536. https://doi.org/10.3390/brainsci11111536
21. Ishikawa T. Individual differences and skill training in cognitive mapping: How and why people differ // Topics in Cognitive Science. 2023. V. 15(1). P. 163–186. https://doi.org/10.1111/tops.12605
22. Luck S.J., Vogel E.K. The capacity of visual working memory for features and conjunctions // Nature. 1997. V. 390(6657). P. 279. https://doi.org/10.1038/36846
23. Miller G.A. The magical number of seven, plus or minus two: Some limit on our capacity for processing information // The Psychological Review. 1956. V. 63. P. 81–97.
24. Wagoner B. Bartlett’s concept of schema in reconstruction // Theory & Psychology. 2013. V. 23(5). P. 553–575. https://doi.org/10.1177/0959354313500166
25. Бэддели А., Айзенк М., Андерсон М. Память. СПб.: Питер, 2011. 560 c.
26. Conrad R., Hull A.J. Information, acoustic confusion and memory span // British Journal of Psychology. 1964. V. 55. P. 429–432. https://doi.org/10.1111/j.2044-8295.1964.tb00928.x
27. Atkinson R.C., Shiffrin R.M. Human memory: A proposed system and its control processes // Psychology of learning and motivation. 1968. V. 2. P. 89–195. https:// doi.org/10.1016/S0079-7421(08)60422-3