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Li, Hui (2014): Experiments on the dynamics of attention: Perception of visual rhythm and the time course of inhibition of return in the visual field. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät
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Abstract

How attention is controlled is one of the challenging topics in cognitive neuroscience and psychology. For spatially represented targets in the visual field it has been shown that some features of visual stimuli like different colors instantaneously ‘pop-out’, while others require a serial search which is conceived of as an effortful task. It is an open question whether dynamic feature of a stimulus are processed instantaneously without high attentional demand or serially with high demand. This question was studied in experiments on rhythm perception with periodically moving stimuli, and a visual search paradigm was employed. The search display consisted of vertically moving dots with regular rhythms; one dot however moved with a different period, and this dot with a longer or shorter period had to be detected as fast as possible. To make the period of the movement a critical target, amplitudes and phases of the distractors were randomized. It was observed that the perception of a visual rhythm defined only by the period does not lead to a pop-out effect. Apparently, the conjunction of period, equal phase and equal amplitude of movements are necessary for an effortless processing of visual rhythms. Interestingly, a faster rhythm compared to the distractors was detected with shorter reaction times. In additional experiments, it was for instance shown that auditory information supports the extraction of rhythmic visual targets indicating an intermodal mechanism. In another experimental set-up it was tested whether the attentional machinery is controlled by a common temporal mechanism. Experiments on ‘inhibition of return’ (IOR) have indicated that attentional control in the peri-foveal region of the visual field underlies a different neuronal mechanism compared to the periphery of the visual field. This eccentricity effect of IOR raises the question, whether attentional control for the visual periphery is characterized by a longer time constant as the peripheral inhibitory control is much stronger. Experimental evidence indicates, however, that the two attentional systems share the same time window of approximately three seconds. These observations support the notion of a functional subdivision of the visual field which is overcome, however, by a common temporal control mechanism.

Abstract

Wie Aufmerksamkeit kontrolliert wird, ist eine der besonderen Herausforderungen in den kognitiven Neurowissenschaften und der Psychologie. Für räumlich repräsentierte Reize konnte gezeigt werden, dass bestimmte Aspekte visueller Reize wie verschiedene Farben sofort hervorstechen („pop-out“), während für andere Reize serielle Such-Strategien notwendig sind, die also mentalen Aufwand erfordern. Es ist eine offene Frage, ob dynamische Merkmale von Reizen ohne besonderen Aufwand verarbeitet werden, oder ob serielle Prozesse erforderlich sind, um sie zu erkennen. Diese Frage wurde in Experimenten über Rhythmus-Wahrnehmung mit periodisch sich bewegenden Reizen untersucht, und ein visuelles Such-Paradigma wurde angewandt. Es wurden auf einem Display vertikal sich bewegende Punkte gezeigt, wobei einer der Punkte sich mit einer anderen Periode, schneller oder langsamer, bewegte, und diese Punkte mussten so schnell wie möglich erkannt werden. Um nur die Periode als kritische Variable zu untersuchen, wurde die Phase und die Amplitude der anderen Reizpunkte randomisiert. Es wurde festgestellt, dass die unterschiedliche Periode allein nicht zu einem „pop-out“-Effekt führt. Damit ein abweichender, sich bewegender dynamischer Reiz erkannt wird, müssen offenbar Periode, Phase und Amplitude übereinstimmen. Reize mit einer kürzeren Periode als die Hintergrundreize wurden deutlich schneller erkannt. In weiteren Experimenten konnte beispielsweise gezeigt werden, dass akustische Information die Extraktion rhythmisch sich bewegender visueller Reize deutlich verbessert, was auf intermodale Effekte hinweist. In einer weiteren Studie wurde untersucht, ob die neuronale Aufmerksamkeits-Maschinerie gemeinsamen zeitlichen Prinzipien gehorcht. Versuche zum Phänomen des „Inhibition of Return“ (IOR, Hemmung der Aufmerksamkeits-Wiederkehr) haben ergeben, dass die Mechanismen der Aufmerksamkeits-Steuerung im perifovealen Bereich anderen Gesetzen gehorchen als in der Peripherie des Gesichtsfeldes. Dieser „Ekzentrizitäts-Effekt“ wirft die Frage auf, ob die zeitlichen Prozesse der Aufmerksamkeits-Kontrolle in der Peripherie durch längere Zeitkonstanten gekennzeichnet sind, da die inhibitorische Kontrolle dort ausgeprägter ist. Es zeigt sich allerdings, dass die beiden Aufmerksamkeits-Systeme das gleiche Zeitfenster von etwa drei Sekunden nutzen. Diese Beobachtungen stützen das Konzept der funktionellen Inhomogenität des Gesichtsfeldes, die aber durch einen gemeinsamen zeitlichen Mechanismus in eine kognitive Einheit gebracht wird.