Perception across saccadic eye movements: On the interrelationship between pre- and postsaccadic information

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.