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Titel:Perception across saccadic eye movements: On the interrelationship between pre- and postsaccadic information
Autor:Hübner, Carolin
Weitere Beteiligte: Schütz, Alexander C. (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0499
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-04990
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0499
DDC:150 Psychologie
Publikationsdatum:2021-10-04
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
saccadic suppression, visual perception, presaccadic adaptation, saccades, transsaccadic expectations, Transsakkadische Wahrnehmung, transsaccadic integration, visual stability

Summary:
This dissertation is devoted to the question of how the healthy human brain generates visual experience of its environment, in its homogenous and coherent nature, given the stream of heterogeneous and incoherent information available to the visual system. Heterogeneity refers to the varying spatial resolution of visual information processing across the visual field (fovea to periphery) and incoherence to disruptions of visual information by fast jerk-like eye movements called saccades. Both of these aspects and their implications are described in the Introduction. Individual approaches and outcomes of four studies, each contributing to the understanding of the issue of visual stability stated above, are outlined subsequently. To gain understanding on whether and how information from before and after a disruptive saccade is integrated into perception, the first study (Study I) investigated whether perception of a stimulus observed across a saccade can be predicted by a statistically optimal integration of pre- and postsaccadic signals. Results revealed that perceptual performance was close to predictions for optimal transsaccadic integration. Integration even seemed to occur when the presented stimulus changed some visual properties during the saccade. As the result of the first study implied that integration of pre- and postsaccadic information is a phenomenon that is robust against visual discrepancies, the question emerged as to what would lead to transsaccadic segregation i.e., a percept of discrepancy between the pre- and postsaccadic information. Driven by the idea that the ability to integrate or segregate information develops over the lifespan, the second study (Study II) aimed to investigate transsaccadic segregation in children compared to young adults. The study showed that children detect stimulus displacements across a saccade less precisely than adults, indicating less transsaccadic segregation at childhood. However, children’s segregation abilities showed a stronger improvement due to the implementation of a perceptual aid (postsaccadic blank) compared to adults. In addition, children made less accurate and less precise saccades than adults but were also faster to correct their saccade landing errors. These results suggest that saccadic uncertainty (expectations about self-induced position errors) play a role in transsaccadic perception. To further determine the principles guiding transsaccadic segregation, the third study (Study III) investigated perception of intrasaccadic shape changes (circularity increase or decrease), and its relationship with shape appearance across the visual field. Results revealed that shape changes where we increased circularity across saccades were more likely to be perceived by participants (than circularity-decrease changes). In addition, shape appeared more circular before a saccade in the peripheral visual field compared to after a saccade in the fovea. These results suggest the existence of a predisposition to detect shape changes opposite (circularity increase) to the typical transsaccadic experience (circularity decrease). This gives further support to the assumption that expectations regarding transsaccadic contingencies play a key role in the ability to detect intrasaccadic changes. The fourth study (Study IV) turned towards the issue of how presaccadic visual stimulation affects postsaccadic perception and investigated the effect of short-term luminance adaptation before a saccade on contrast perception after the saccade. Results revealed that postsaccadic perception can be altered by presaccadic adaptation during very short durations corresponding to natural fixation durations. To conclude, transsaccadic perception is determined by the integration or segregation of pre- and postsaccadic information. Study I revealed that transsaccadic integration can occur despite large intrasaccadic stimulus changes. Studies II and III suggest that transsaccadic segregation depends on typical transsaccadic experience. Study IV showed that transsaccadic perception is likely to be affected by basic aspects of visual information processing such as adaptation. Taken together, this dissertation suggests that the visual system has developed statistically optimal and predictive mechanisms for heterogeneous and incoherent information to result in a coherent and adaptable perception of the environment.

Zusammenfassung:
Die vorliegende Dissertation widmet sich der Frage, wie das gesunde menschliche Gehirn angesichts der heterogenen und inkohärenten Informationen, die dem visuellen System über seine Umwelt zur Verfügung stehen, homogene und kohärente visuelle Erfahrungen erzeugen kann. Heterogenität bezieht sich auf die unterschiedliche räumliche Auflösung der visuellen Informationsverarbeitung über das gesamte Gesichtsfeld (Fovea bis Peripherie). Inkohärenz bezieht sich auf Verzerrungen und Unterbrechungen des Informationsflusses, die durch schnelle, ruckartige Augenbewegungen namens Sakkaden erzeugt werden. Beide Aspekte und deren Implikationen werden in der Einleitung der vorliegenden Arbeit beschrieben. Die Ansätze und Ergebnisse von vier Studien, die jeweils zum Verständnis des oben genannten Problems der visuellen Stabilität beitragen, werden nachfolgend skizziert. Um zu verstehen, ob und wie Informationen von vor- und nach einer Unterbrechung durch eine Sakkade in die Wahrnehmung integriert werden, wurde in der ersten Studie (Studie I) untersucht, ob die Wahrnehmung jener Reize durch eine statistisch optimale Integration prä- und post-sakkadischer Signale beschrieben werden kann. Die Ergebnisse zeigten, dass die Wahrnehmungsleistung annähernd den Vorhersagen für eine optimale trans-sakkadische Integration entsprach. Integration schien sogar dann einzutreten, wenn sich im präsentierten Stimulus einige visuelle Eigenschaften während der Sakkade veränderten. Da das Ergebnis der ersten Studie impliziert, dass die Integration von prä- und post-sakkadischer Information auch über Stimulusveränderungen hinweg ein robustes Phänomen ist, stellte sich die Frage, was zu einer trans-sakkadischen Segregation führen würde, d. h., ab wann eine Stimulusveränderung wahrgenommen werden würde. Angetrieben von dem Gedanken, dass sich die Fähigkeit zur Informations-Integration oder -Segregation über die Lebenspanne entwickelt, zielte die zweite Studie (Studie II) darauf ab, trans-sakkadische Segregation bei Kindern im Vergleich zu jungen Erwachsenen zu untersuchen. Die Studie zeigte, dass Kinder einen Stimulus-Versatz über eine Sakkade hinweg weniger genau erkennen als Erwachsene, was auf eine verminderte Fähigkeit zur trans-sakkadischen Segregation in der Kindheit hinweist. Die Segregationsfähigkeit von Kindern zeigte jedoch eine größere Verbesserung im Vergleich zu Erwachsenen, wenn ein Hilfsreiz eingefügt wurde (post-sakkadische Leerstelle). Darüber hinaus machten Kinder weniger genaue und weniger präzise Sakkaden als Erwachsene, korrigierten aber auch ihren Blickpositionsfehler nach der Sakkadenlandung schneller. Diese Ergebnisse legen nahe, dass sakkadische Unsicherheit (Erwartungshaltung über selbstinduzierte Positionsfehler) eine Rolle bei der trans-sakkadischen Wahrnehmung spielt. Um die Grundsätze trans-sakkadischer Segregation weiter zu bestimmen, untersuchte die dritte Studie (Studie III) die Wahrnehmung von intra-sakkadischen Formveränderungen (Zunahme oder Abnahme von Kreisförmigkeit), auch im Verhältnis zur unterschiedlichen Form-Wahrnehmung zwischen Fovea und Peripherie. Die Ergebnisse zeigten, dass Formveränderungen, bei denen Objekte über eine Sakkaden hinweg kreisförmiger wurden, besser von den Teilnehmern wahrgenommen werden (als wenn die Objekte eckiger wurden). Darüber hinaus erschien die Form vor einer Sakkade im peripheren Gesichtsfeld kreisförmiger als nach einer Sakkade in der Fovea. Diese Ergebnisse legen die Existenz einer Prädisposition nahe, Formänderungen zu erkennen (Erhöhung der Kreisförmigkeit), die der typischen trans-sakkadischen Erfahrung (Erniedrigung der Kreisförmigkeit) entgegengesetzt sind. Dies untermauert die Vermutung, dass Erwartungen bezüglich typischer trans-sakkadischer Wahrnehmung eine Schlüsselrolle bei der Fähigkeit zur intra-sakkadische Veränderungserkennung spielen. Die vierte Studie (Studie IV) widmete sich der Frage, wie sich prä-sakkadische visuelle Stimulation auf die post-sakkadische Wahrnehmung auswirkt. Sie untersuchte den Effekt kurzzeitiger Luminanz-Adaptation vor einer Sakkade auf die Kontrastwahrnehmung nach der Sakkade. Die Ergebnisse zeigten, dass die post-sakkadische Wahrnehmung durch prä-sakkadische Adaptation beeinflusst werden kann, sogar, wenn die Adaptation sehr kurzzeitig – auch im Bereich natürlicher Fixierungsdauern – war. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass trans-sakkadische Wahrnehmung durch Integration oder Segregation von prä- und post-sakkadischer Information bestimmt wird. Studie I zeigte, dass eine trans-sakkadische Integration trotz großer intra-sakkadischer Reizveränderungen erfolgen kann. Studien II und III legen nahe, dass die trans-sakkadische Segregation von wiederkehrenden trans-sakkadischen Erfahrungen abhängt. Studie IV zeigte, dass die trans-sakkadische Wahrnehmung wahrscheinlich von grundlegenden Aspekten der visuellen Informationsverarbeitung, wie Adaptation, beeinflusst wird. Zusammenfassend legt diese Dissertation nahe, dass das visuelle System statistisch optimale- und prädiktive Mechanismen für den Strom an heterogenen und inkohärenten Informationen entwickelt hat, um eine kohärente und anpassungsfähige Wahrnehmung der Umwelt zu erzeugen.


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