Eye movements and the maximization of value

Only the central region of the retina, the fovea, can provide us with high-acuity details of our visual environment. In the periphery however, resolution fades away with increasing eccentricity. As a consequence, humans and other animals with a foveated visual system move their eyes to redirect t...

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Main Author: Wolf, Christian
Contributors: Schütz, Alexander C. (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
Subjects:
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Table of Contents: Nur mit dem zentralen Punkt der Netzhaut, der Fovea, können wir feine Details unserer visuellen Umgebung erkennen. In der Peripherie hingegen nimmt die Auflösung mit zunehmender Exzentrizität ab. Folglich bewegen Menschen ihre Augen, um mit den beiden Foveae hochauflösende Information über relevante und interessante Dinge zu erhalten. Mit jeder dieser sakkadischen Augenbewegungen entscheiden wir uns dafür, einen bestimmten Bereich unserer Umwelt genauer zu inspizieren. Daher, und weil das Blickbewegungssystem beeinflusst wird durch Belohnungs- und Bewertungsprozesse, hat sich in den letzten Jahren die Forschung zu Entscheidungsfindung zunehmend auf das Blickbewegungssystem konzentriert (Glimcher, 2003). Augenbewegungen sind aber nicht nur aufschlussreich in Bezug auf Entscheidungsfindung, sondern auch in Bezug auf visuelle Wahrnehmung, denn die beiden sind untrennbar miteinander verbunden: Wo wir hinschauen, bestimmt, was wir sehen und jede Augenbewegung stellt das Sehsystem vor eine Herausforderung, da die visuelle Information auf der Netzhaut verschoben wird. Die vorliegende Dissertation untersuchte in drei Studien, ob das Blickbewegungssystem Sakkadenlatenzen anpassen kann, um visuelle Informationen optimal aufzunehmen und Belohnung zu maximieren, und ob das Sehsystem alle ihm zur Verfügung stehenden visuellen Information nutzen kann, obwohl diese von einer Augenbewegung getrennt ist. Die erste Studie untersuchte, ob das Blickbewegungssystem sensitiv ist für die Information, die durch Ausführung einer Sakkade gewonnen wird. Versuchspersonen schauten zu einem Ziel in der Peripherie um dort eine Wahrnehmungsaufgabe auszuführen. Durch Austauschen des Ziels während der Sakkade, konnten wir die periphere und foveale Sichtbarkeit unabhängig voneinander manipulieren und Bedingungen kreieren, in denen die Versuchspersonen durch eine Augenbewegung Informationen verloren oder gewonnen. In der Verlust-Bedingung stieg die Diskriminationsleistung mit zunehmender Latenz an, da Versuchspersonen länger von der hohen peripheren Sichtbarkeit profitieren konnten. Umgekehrt, zeigte sich in der Gewinn-Bedingung eine bessere Performanz für kürzere Latenzen. Jedoch zeigte sich kein Unterschied in den Latenzen der beiden Bedingungen, so dass Latenzen nicht angepasst wurden, um den Informationswert zu maximieren. Stattdessen sanken Latenzen mit zunehmender Wahrscheinlichkeit, dass das Sakkadenziel aufgabenrelevant ist. Dies legt nahe, dass die Motivation aufgabenrelevante Information zu fovealisieren, Sakkadenlatenzen moduliert, jedoch nicht der Informationsgewinn, der mit einer Sakkade einhergeht. Studie II untersuchte, ob das Sehsystem in der Lage ist, prä-sakkadische periphere und postsakkadische foveale Information zu integrieren und die beiden gemäß ihrer Reliabilität gewichtet, das heißt gemäß ihrer Sichtbarkeit. Eine solche optimale Integration würde die perzeptuelle Unsicherheit minimieren und daher alle zur Verfügung stehenden Informationen maximieren. Für jede Versuchsperson wurde separat die Diskriminationsfähigkeit in der Fovea und Peripherie gemessen. Mittels Maximum-Likelihood Estimation (Ernst & Bülthoff, 2004) konnten wir daraus für jede Person die optimale Gewichtung bestimmen, die der peripheren Information zukommen sollte, wie auch die minimale Unsicherheit des optimalen trans-sakkadischen Perzepts. Sowohl die gemessen Gewichtung als auch die Unsicherheit unterschieden sich nicht von den Werten, die durch optimale Integration vorhergesagt wurden. Wir konnten also zeigen, dass das Sehsystem in der Lage ist, Informationen über Sakkaden hinweg zu integrieren und dass es dabei nahezu optimal ist. Dies legt nahe, dass das Sehsystem die ihm zur Verfügung stehenden Informationen trotz Augenbewegungen optimal nutzen kann. Studie III beschäftigte sich damit, ob sich der Einfluss erwarteten Motivationswertes auf Sakkaden (Milstein & Dorris, 2007, 2011) nur in Kontexten zeigt, in denen Versuchspersonen zusätzlich zwischen verschiedenen belohnten Zielen wählen können. Abhängige Variable waren Latenzen zu einzelnen Zielen unterschiedlicher Belohnungshöhe, unabhängige Variable war der Anteil an Auswahldurchgängen innerhalb eines Blocks. In Auswahldurchgängen wurden zwei Ziele dargeboten und die Versuchspersonen konnten sich entscheiden, zu welchem sie hinschauen, um entweder die hohe oder die niedrige Belohnung zu erhalten. In Blocks ohne Auswahl fand sich keine Evidenz für einen Einfluss von Belohnung auf Sakkadenlatenzen. In Blocks, in denen Auswahldurchgänge durchmischt waren, waren Latenzen zum niedriger belohnten Ziel erhöht. Diese verzögerten Latenzen wurden durch die Erwartung eines Auswahldurchgangs hervorgerufen als auch durch inter-trial priming: Nach einem Auswahldurchgang, waren Sakkaden zu jenem Einzeltarget verlangsamt, das zuvor nicht ausgewählt wurde. Wir konnten folglich zeigen, dass es keinen direkten Zusammenhang zwischen Sakkadenlatenzen auf der einen und Belohnungswert auf der anderen Seite gibt. Stattdessen zeigt sich dieser Zusammenhang nur in Kontexten, in dem Personen mit ihrem Verhalten einen direkten Einfluss auf die Belohnungshöhe haben und ihre Belohnung maximieren können, indem sie ein Ziel dem anderen bevorzugen.