시선추적을 통해 인지 과정에 대해 무엇을 알 수 있을까요?

사람들은 매일 망막에 엄청난 양의 시각적 자극이 쏟아지는 복잡한 시각 환경을 탐색합니다. 그럼에도 불구하고 사람들은 이 매우 역동적인 과정에서 어떤 자극에 주의를 기울이고 어떤 자극을 무시할지 선택할 수 있습니다.

인간은 시각적 장면의 특정 영역으로 시선을 향하게 함으로써 이러한 선택적 인식을 달성합니다. 눈의 움직임 은 단순히 순간순간 수집되는 시각적 정보만을 드러내는 것이 아니라 기억, 의사 결정, 연상 학습과 같은 인지 과정과 밀접하게 연관되어 있습니다. 인간이 무엇을 보는지, 그리고 그것이 인지와 행동에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것은 심리학 및 신경과학에서 가장 근본적인 질문 중 하나이며, 시선추적은 이를 해결하는 데 매우 적합한 기술입니다.

이 학습 아티클에서는 인지 과정을 연구하는 데 시선추적 기술이 어떻게 사용되었는지, 그리고 이러한 연구를 통해 얻은 인사이트를 소개합니다. 기억력, 의사 결정, 문제 해결에 대해 논의할 것입니다.

인지 과정을 연구하는 데 시선추적 기술을 사용하는 이유는 무엇일까요?

시선추적을 통해 인지 프로세스에 대한 지속적인 액세스 권한 부여

인지 프로세스는 시간이 지남에 따라 각기 다른 작동 단계를 거치므로 서로 연결되어 있고 다층적입니다. 예를 들어, 의사 결정 과정에서 펼쳐지는 일련의 인지 과정, 즉 장면 탐색, 대상 감지, 고려, 반응에 대한 결정을 생각해 보세요. 이러한 작업에서 명백한 행동 반응(예: 키 누르기, 글쓰기, 발성)에 의존하는 경우, 결정을 내리는 데 기여하는 프로세스는 포착되지 않습니다. 시선추적 데이터는 인지 과정(예: 의사 결정)의 행동적 최종 결과물을 제공하고 실험 중에 발생하는 관련 프로세스의 여러 계층을 분리할 수 있습니다.

안구 움직임으로 뇌 기능에 대한 통찰력 제공

안구 운동의 생성을 지원하는 뇌 회로는 지난 수십 년 동안 연구되어 인지, 안구 운동, 뇌 생리학 간의 관계를 심도 있게 이해하게 되었습니다(Hannula 외., 2010; Knudsen, 2018). 안구 운동 회로에 대한 풍부한 지식 덕분에 시선추적은 일생 동안 건강한 뇌 상태뿐만 아니라 병적인 뇌 상태에서도 다양한 인지 과정을 조사할 수 있는 훌륭한 방법입니다.

시선추적은 다른 생체 인식 측정과 호환됩니다.

안구 운동 측정은 뇌 활동 측정 및 바이오센서(예: 뇌파(EEG), 심전도(ECG), 두개 내 뇌파(iEEG), 갈바닉 피부 반응(GSR))와 결합하여 안구 운동, 피질 활동 및 기타 생리적 변수가 어떻게 상호 작용하여 다양한 행동에 기여하는지 심도 있는 통찰력을 얻을 수 있습니다.

시선추적을 통해 종간 비교를 가능하게 하고 중개 연구를 촉진합니다.

시선추적 및 유사하거나 동일한 행동 테스트를 여러 종에 대해 수행할 수 있으므로 종 간 비교가 가능하고 행동과 뇌 생리학 사이의 인과 관계를 밝힐 수 있습니다. 현재까지 비인간 영장류(A. M. Ryan 외, 2019), 개(Karl 외, 2020), 마우스(van Beest 외, 2021), 쥐(Wallace 외, 2013), 비둘기(Kano 외, 2018), 제브라피쉬(Dehmelt 외, 2018)를 대상으로 안구 운동 측정이 수행되었습니다.

메모리

시각 환경에서는 자극의 물리적 특성(예: 색상 및 휘도), 우리의 내부 상태, 시각 자극과 관련된 이전 지식(예: 에피소드 또는 의미적 기억) 등 몇 가지 주요 요인이 눈의 움직임을 유도합니다. 우리는 자발적인 탐색의 대상이 되는 물체를 보지만, 다소 새롭거나 우리의 지식과 기대와 모순되는 물체에도 집중합니다. 시선추적 연구 결과에 따르면 시각적 장면 스캔 시 여러 가지 다른 기억 표상이 검색될 수 있으며, 우선적인 안구 운동 안내를 위해 경쟁합니다(Wynn, Ryan, Moscovitch, 2020). 안구 운동과 기억 시스템(예: 해마, 전두엽, 배측 전전두엽 피질) 사이의 해부학적 및 기능적 연결은 기억 과정에서 안구 운동의 중요성을 더욱 뒷받침합니다(Shen et al., 2016). 앞으로 설명하겠지만, 안구 운동은 기억 인코딩 및 검색과 기능적으로 관련이 있습니다.

인코딩 단계에서 자유 시청 행동은 후속 기억의 품질을 예측합니다(Bylinskii et al., 2015; Damiano and Walther, 2019). 예를 들어, 같은 장면의 물체를 짧게 보고 고정 횟수가 적은 경우보다 길게 보고 고정 횟수가 많은 경우 부수적 기억이 더 좋습니다(Bylinskii 등, 2015; Olejarczyk 등, 2014). 안구 운동은 기억에 시각적 입력을 공급하고 시각적 입력을 시간과 공간으로 조직화하여 기억 결합 메커니즘으로 작용합니다(Nikolaev et al., 2022; J. D. Ryan & Shen, 2020). 시각 정보 샘플링 시 스캔 경로 시퀀스가 해당 시각 입력과 함께 저장되어 새로운 입력과 저장된 메모리 트레이스를 비교함으로써 메모리 검색을 용이하게 합니다(Johansson et al., 2022; Wynn et al., 2019).

시각 정보를 검색하는 동안 사람들은 이전에 연관된 적이 있지만 비어 있는 곳을 바라보는 경향이 있는데, 이를 소위 '아무것도 보지 않기' 효과라고 합니다. 무(즉, 빈 공간)에 시선이 고정되는 것은 저장된 기억 표상을 검색하기 위해 외부에서 내부로 주의가 이동하는 것을 반영합니다(Scholz et al., 2018). '아무것도 보지 않는' 동안에는 저장된 기억을 불러올 때 이전에 인코딩된 시각 자극의 시선 패턴이 다시 요약되는데, 이를 시선 복원이라고 합니다. 기억 인코딩 및 검색 시 시선 스캔 경로의 유사성 정도에 따라 인출된 기억의 품질이 예측됩니다( — 인코딩 및 검색 스캔 경로가 겹칠수록 인출된 기억의 품질이 더 좋습니다(Johansson et al., 2022).

의사 결정

안구 움직임은 의사 결정 과정에 대한 광범위한 인사이트를 제공하며, 이러한 과정이 어떻게 전개되는지에 대한 세밀한 시간적 해상도를 제공합니다. 안구 움직임 측정은 의사 결정에 도달하는 데 걸리는 시간, 예상 보상이 의사 결정에 미치는 영향, 의사 결정 결과에 대한 자신감을 나타내는 데 도움이 될 수 있습니다(Spering, 2022). 시선 행동의 특정 시공간적 특성은 의사 결정 전, 의사 결정 중, 의사 결정 직후의 모든 단계( — )에서 의사 결정 과정에 정보를 제공할 수 있습니다.

의사 결정을 내리기 전에 안구 움직임은 시각 환경으로부터 감각 정보 수집을 촉진합니다 — 이 과정은 의사 결정 프로세스가 시작될 때 어떤 정보에 액세스할 수 있는지 또는 작업 기억을 지배할지를 정의하는 과정입니다. 시선 행동은 감각 정보가 수집되는 순서와 의사 결정 관련 증거에 가중치를 부여하고 사전 지식과 동화시키는 방법을 반영합니다(Gottlieb and Oudeyer, 2018; Spering, 2022).

일부 특정 안구 운동 지표는 의사 결정 과정에서 의사 결정의 타이밍과 정확성을 예측합니다. 새케이드 지표(예: 최고 속도, 진폭, 활력, 종점 분산)는 지각적 의사 결정의 타이밍에 대한 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다(Spering, 2022). 움직이는 목표물에 대한 시선 고정 — 부드러운 추격 — 은 의사 결정 과정을 나타내며 그 결과를 예측할 수도 있습니다. 야구 또는 고/노고 감각운동 의사결정 패러다임(Fooken and Spering, 2019)에서 높은 평활추구 속도는 빠른 의사결정과 상관관계가 있습니다. 의사 결정의 종점은 반응 준비를 나타내며 의사 결정에 대한 시간적 기대의 마커를 산출하는 소위 안구 운동 동결이라고 하는 반응 관련 희생 및 미세 희생의 억제로부터 유추할 수 있습니다(Abeles et al., 2020).

결정을 내릴 때 눈의 움직임은 주관적인 자신감을 나타낼 수 있습니다.예를 들어, 새케이드 최고 속도는 의사 결정의 확신 정도를 반영하며, 증거가 쌓일수록(즉, 확신이 커질수록) 증가하는 것으로 나타났습니다(Seideman et al., 2018).또한, 희생, 추구 지표, 눈 깜박임, 동공 확장은 모두 도파민 활동과 밀접한 관련이 있으므로 보상 처리와 관련이 있습니다(Hikosaka et al., 2014). 예를 들어, 간헐적 안구 운동의 속도의 증가는 보상에 대한 기대를 반영하는 반면, 노력에 대한 기대는 이를 감소시킵니다(Shadmehr et al., 2019).

문제 해결 및 창의력

문제 해결에는 관련 정보를 묘사하는 정신 모델을 구성하고 문제에 대한 가장 적절한 해결책을 찾는 것이 포함됩니다. 이는 주의력, 기억력, 창의력(즉, 발산적 사고) 등 여러 인지 기능이 동시에 작동해야 하는 다층적 인지 과정입니다.

눈의 움직임은 문제 해결에 관여할 때 활발한 인지적 표상과 그것이 마음속에서 어떻게 조작되는지를 드러낼 수 있습니다. 문제를 해결하거나 창의적으로 생각할 때 사람들은 관련 자극에서 시선을 떼고 빈 공간에 집중하는 경향이 있습니다. 문제의 난이도가 높아질수록 내부적으로 주의가 이동하는 경향이 있어 자극에서 시선을 돌리는 시간이 증가하며, 무심코 바라보는 현상이 관찰됩니다(Ferreira et al., 2008). 빈 공간을 볼 때 눈의 움직임 패턴은 내부적으로 문제를 해결하는 데 사용되는 정신적 이미지를 반영합니다(Spivey and Geng, 2001). 왼쪽과 오른쪽 또는 위와 아래를 구분하는 것과 같은 간단한 추론 활동 중에도 사람들은 각 방향으로 눈을 움직입니다(Demarais and Cohen, 1998).동일한 시선 응시 현상과 관련 안구 움직임이 당면한 과제에 따라 어떻게 다른 인지 과정(기억 검색, 문제 해결 또는 창의적 사고)을 유추할 수 있는지 주목하세요.

성공적인 문제 해결은 눈의 움직임으로만 확인할 수 있습니다. 크노블리히와 동료들(크노블리히 외, 2001)은 문제 해결을 위한 관련 대상에 대한 고정이 시간이 지남에 따라, 특히 해답에 도달하기 직전에 증가한다는 사실을 입증했습니다. 이 연구는 키 누름이나 마우스 트래킹으로 측정한 솔루션 시간 및 속도와 같은 전통적인 성능 측정에 의존하던 문제 해결 작업 중 시선추적의 고유한 유용성을 입증했습니다(Knoblich et al., 2001).

결론

눈의 움직임은 기억, 의사 결정, 문제 해결과 같은 인지 과정과 밀접하게 연관되어 있습니다. 이 학습 아티클에서 설명한 것처럼 시선추적 기술은 인간이 무엇을 보는지, 그리고 그것이 인지 및 행동에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 기여할 수 있습니다.

시선 이동 측정을 통해 인지 기능에 대한 인사이트를 얻는 방법과 이러한 기능을 연구하는 데 일반적으로 사용되는 패러다임에 대해 자세히 알아보고 싶다면 유니티 백서
"를 확인하세요.시선추적 – 인지 과정의 창문".

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