Горизонтальное смещение саккад возникает из сочетания анизотропии заметности и эгоцентрических смещений

Как наши глаза сканируют мир

Каждый раз, когда вы оглядываетесь по комнате, читаете вывеску или смотрите на проезжающую мимо машину, ваши глаза совершают быстрые скачки, называемые саккадами. Эти крошечные, стремительные движения помогают сшивать увиденное в цельное представление. Но эти скачки не распределяются равномерно по всем направлениям: люди двигают глазами влево и вправо значительно чаще, чем вверх и вниз. В этом исследовании задают внешне простой вопрос с далеко идущими последствиями для науки о зрении, робототехники и даже виртуальной реальности: почему наши глазные движения так сильно смещены в сторону горизонта?

Шаблоны в изображениях и в нашем взгляде

Чтобы изучить этот вопрос, исследователи проанализировали записи движений глаз у 48 человек, свободно рассматривавших 141 естественную сцену, включая городские улицы, пейзажи и крупные планы объектов. Они подтвердили хорошо известный паттерн: при просмотре картинок саккады людей склонны следовать главным компасным направлениям, особенно горизонтали. Но эта горизонтальная предрасположенность не была одинаковой для всех изображений. Некоторые кадры, например плотная крона листьев, вызывали лишь слабое предпочтение влево–вправо, тогда как другие, например широкая сцена с явно видимым горизонтом и рядами деревьев, порождали очень сильные горизонтальные движения глаз. Такая вариативность намекала, что что-то в самих изображениях формирует траектории глаз.

Три способа измерить, что выделяется

Команда затем искала конкретные признаки изображения, которые могли бы предсказать, насколько сильно зрители будут предпочитать горизонтальные движения. Они протестировали три кандидата. Во‑первых, измеряли базовую структуру светлых и тёмных полос под разными ориентациями, используя технику, связанную с преобразованием Фурье, чтобы определить, есть ли в изображении больше горизонтальных или вертикальных полос. Во‑вторых, использовали современную компьютерную модель визуальной заметности, которая оценивает, куда люди с наибольшей вероятностью посмотрят в сцене. Из этих карт заметности они смоделировали тысячи глазных скачков, чтобы выяснить, «предпочитает» ли модель горизонтальные движения. В‑третьих, применили нейросеть, обученную угадывать ориентацию изображения относительно гравитации, что улавливало более глобальные структурные подсказки — например, выровнены ли здания и горизонт. Для каждого изображения эти три анализа свели к одному числу, описывающему, насколько каждый признак смещён в сторону горизонтальной ориентации.

Структура заметности порождает сильнейшее смещение

Когда исследователи сопоставили эти измерения изображения с фактическими данными о движении глаз, выделился один фактор: ориентационные смещения в картах заметности. Изображения, в которых модель заметности предсказывала, что наиболее привлекающие внимание области выстраиваются более горизонтально, вызывали у людей сильнее выраженные горизонтальные саккады. Напротив, сырая картина свет–тень и глобальная структурная подсказка не давали значимого прогноза горизонтального смещения глаз. Статистические модели показали, что ориентация, связанная с заметностью, объясняла заметную долю различий между изображениями в двух весьма разных наборах. Другими словами, дело не только в том, что в мире много горизонтальных и вертикальных линий; важнее то, как эти линии организуют конкретные участки, которые привлекают наш взгляд.

Сочетание предпочтений, связанных с телом и с миром

Однако одна лишь заметность не могла полностью объяснить, как люди двигают глазами. Предыдущие эксперименты показали, что даже когда сцену поворачивают или люди сидят с наклонённой головой, их движения глаз частично тянет ориентация сцены и частично — собственная ориентация тела и глаз. Чтобы отразить этот баланс, авторы построили вычислительную модель, смешавшую два компонента: аллоцентрическую карту (привязанную к сцене, на основе предсказаний заметности) и эгоцентрическую карту (привязанную к наблюдателю, с врождённым предпочтением к горизонтальным саккадам вокруг центра взгляда). Модель затем симулировала последовательности саккад, комбинируя эти карты. Для вертикально ориентированных изображений смешанная модель порождала паттерны движений глаз, которые близко напоминали данные людей и превосходили модели, опиравшиеся только на сцену или только на внутреннее смещение.

Когда сцены наклоняют, большие и малые скачки расходятся

Реальное испытание наступило, когда исследователи применили свою модель к наклонным версиям тех же сцен. У людей распределение направлений саккад частично поворачивается в сторону наклона изображения, и крупные саккады следуют за наклоном сцены сильнее, чем маленькие, которые остаются более привязанными к собственному чувству «горизонтали». Смешанная модель воспроизвела этот паттерн в нужном направлении: её смоделированные саккады поворачивались в сторону наклонённой сцены, и большие смоделированные скачки демонстрировали большую ротацию, чем маленькие. Но величина поворота оказалась меньше, чем у реальных людей. Это несоответствие говорит о том, что существующие модели заметности ещё не улавливают все способы, которыми наклонённые сцены тянут наш взгляд, и что способ, которым мозг смешивает информации, связанную с телом и с миром, гибче, чем предполагает модель.

Почему это важно для понимания зрения

Для неспециалиста главный вывод таков: наше предпочтение смотреть влево и вправо — не странность и не ошибка; это отражение взаимодействия двух сил. Одна заложена в самой системе управления движениями глаз и предпочитает горизонтальные скачки даже в темноте. Другая исходит из структуры окружающего мира, где горизонты, плоскости земли, здания и многие объекты выстраиваются вдоль горизонтальных и вертикальных осей и определяют, какие части сцены выделяются. Это исследование показывает, что мозг, вероятно, развил эгоцентрическое горизонтальное смещение потому, что оно согласуется со статистикой природных сцен, с которыми мы обычно сталкиваемся в вертикальном положении. Понимание этого взаимодействия не только проясняет, как мы видим, но и даёт рекомендации для создания более человекоподобных систем компьютерного зрения и проектирования визуальной среды, которая работает в гармонии, а не в противоречии с естественными склонностями наших глаз.

Цитирование: Reeves, S.M., Otero-Millan, J. Horizontal saccade bias results from combination of saliency anisotropies and egocentric biases. Sci Rep 16, 6027 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35572-9

Ключевые слова: движения глаз, визуальное внимание, натуральные сцены, модели заметности, саккады