Ist es möglich, den Fokus der visuell-räumlichen Aufmerksamkeit mit Hilfe eines Hinweisreizes auf die Gesichtsfeldgrenze von Patienten mit erworbenen Hirnschädigungen zu lenken? Welche kurzfristigen Auswirkungen hat dies auf die Diagnostik? Welche langfristigen Auswirkungen können im Rahmen eines Restitutionstrainings beobachtet werden?
Kurzzeitige Effekte der Aufmerksamkeitsausrichtung wurden an 23 Patienten mit postgenikulären Läsionen untersucht, die mit hochauflösender computergestützter Campimetrie getestet wurden. Die Ergebnisse wurden mit Resultaten eines campimetrischen Tests verglichen, bei dem mit Hilfe eines Hinweisreizes (Posner-Paradigma) die Aufmerksamkeit auf einen Teil der Gesichtsfeldgrenze gelenkt wurde. Zur Untersuchung langfristiger Auswirkungen der Aufmerksamkeitsausrichtung wurde der Hinweisreiz in ein Trainingsprogramm zur Restitution von Gesichtsfelddefekten implementiert. In einer randomisierten Kontrollgruppenstudie mit 19 Patienten wurden die Effekte des Trainings mit vs. ohne Aufmerksamkeitslenkung auf die Gesichtsfeldgrenze verglichen.
Im Gesichtsfeldtest mit Aufmerksamkeitslenkung durch einen Hinweisreiz verbesserten sich in validen Durchgängen die Reizdetektion und die Reaktionszeiten, aber auch in der invaliden Cue-Bedingung wurden unspezifische Nutzeneffekte gefunden. Das Ausmaß der Verbesserung hing mit der Größe des Übergangsbereiches zusammen, d.h. Patienten mit einer "weichen" Gesichtsfeldgrenze profitierten stärker vom Hinweisreiz. Im Restitutionstraining wurde bezogen auf die Gesamtstichprobe eine signifikante Zunahme der Stimulusdetektion beobachtet. Sowohl mit der hochauflösenden Campimetrie als auch mit dem Tübinger Automatikperimeter wurde eine signifikante Verschiebung der Gesichtsfeldgrenze festgestellt. Auch dieser Zuwachs war von der Größe des Übergangsbereiches abhängig. Über den Trainingszeitraum verbesserten sich außerdem verschiedene Aufmerksamkeitsfunktionen, allerdings wurde keine Generalisierung des Behandlungseffektes auf die Farb- und Formerkennungsleistung gefunden. Die Einführung eines Hinweisreizes veränderte die topographischen Muster der Funktionserholung an der Gesichtsfeldgrenze, die aufgrund des corticalen Magnifizierungsfaktors zu erwarten gewesen wären.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Ausrichtung der Aufmerksamkeit auf die Gesichtsfeldgrenze hirngeschädigter Patienten sich nicht nur kurzfristig positiv auswirkt, sondern auch langfristig Prozesse der neuronalen Plastizität beeinflussen und die Restitution visueller Funktionen verbessern kann.
We formulate a neurodynamical model for visual attention based on the "biased competition" hypothesis, which proposes that multiple stimuli in the visual field activate populations of neurons that engage in competitive interactions. Attending to a stimulus at a particular location or with a particular feature biases this competition in favor of neurons that respond to the features or location of the attended stimulus. This effect is produced by generating signals in areas outside visual cortex which are then fed back to extrastriate areas, where they bias the competition such that when multiple stimuli appear in the visual field, the cells representing the attended stimulus "win", thereby suppressing cells representing distracting stimuli. The system is essentially composed of three modules structured such that they resemble the two known main visual paths of the mammalian visual cortex. Information from the retino-geniculo-striate pathway enters the visual cortex through area V1 in the occipital lobe and proceeds into two processing streams. The occipital-temporal stream (the so-called "what" pathway) leads ventrally through V2, V4 and IT (inferotemporal cortex) and is mainly concerned with object recognition, independently of position and scaling. The occipito-parietal stream (the so-called "where" pathway) leads dorsally into PP (posterior parietal complex) and is concerned with the location and spatial relationships between objects. The first module (V4) of our system is engaged with the extraction of features and consists of pools of neurons with Gabor receptive fields tuned to different positions in the visual field, orientations and spatial frequency resolution. The "where" pathway is reflected through the mutual connection with the second (PP) module that consists of pools codifying the position of the stimuli. The connections with the first module origin a top-down biasing attentional modulation associated with the location of the stimuli. At last, the third module (IT) of our system is engaged with the recognition of objects and consists of pools of neurons which are sensitive to the presence a specific object in the visual field. Our model assumptions are consistent with the existing experimental single cell recordings and recent functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies. We show that object recognition and visual search can be explained in the theoretical framework of biased competitive neurodynamics. The top-down bias can guide attention to concentrate on a given spatial location or on given features. Additionally, we analyse the attentional enhancement of the spatial-resolution of the area containing the objects of interest. We propose and simulate two new psychophysical experiments where the effect of the attentional enhancement of spatial resolution can be demonstrated by predicting different reaction time profiles in visual search experiments where the target and the distractors are defined at different levels of resolution. These experiments consist of a visual search task using hierarchical patterns and a counting task to discover how many prototypes of a given target are present in a complex scene. Our model assumes different modules for the analysis of global and local information which can be independently "damaged", and shows a neuropsychological dissociation in visual search paradigms and a model for visual neglect.
Im Rahmen von Treismans feature-integration-Theorie (Treisman & Gelade, 1980) wurden zwei separate Prozesse postuliert, die visuelle Information verarbeiten: ein paralleler, schneller Prozess, der Elementareigenschaften wie Farbe oder Form (features) aus dem visuellen Feld registriert und darauf folgend ein serieller Prozess, der Kombinationen von Elementareigenschaften (conjunctions) verarbeitet. Diese Trennung in parallele und serielle Verarbeitung steht aber noch immer zur Diskussion (s. Wolfe, 1996) und die bisher verwendeten Verhaltensdaten als Indikatoren für parallele bzw. serielle Verarbeitung wurden in Frage gestellt (Townsend, 1990). Die vorliegende Studie untersuchte, inwieweit sich EEG-Lateralisierungen (ERLs) als Indikatoren für unterschiedliche Verarbeitungsstrategien eignen. In einer klassischen visuellen Suche nach einem Farb- oder Form-Pop-out (Feature-Suche) oder nach einem Zielreiz aus einer Kombination von Farbe und Form (Conjunction-Suche) innerhalb einer unterschiedlichen Anzahl an Distraktoren wurden Reaktionszeiten (RT) und ERL-Latenzen abgeleitet. RT für Conjunction-Zielreize und Farb-Pop-outs replizierten die schon oft gefundenen Ergebnisse: ein Ansteigen der RT mit steigender Distraktorenanzahl für die Conjunction-Suche und keinen Effekt der Distraktorenanzahl für die Farb-Pop-out-Suche. Für die Form-Pop-out-Suche ergab sich ein Effekt der Distaktorenanzahl vergleichbar dem aus der Conjunction-Suche. Farb-Pop-outs lösten unabhängig von der Distraktorenanzahl ein ERL bei ca. 270ms aus, das nicht mit der intraindividuellen RT variierte. Für Conjunction-Zielreize und Form-Pop-outs stieg die ERL-Latenz dagegen mit größer werdender Distraktorenanzahl an und korrelierte mit der intraindividuellen RT. Diese Ergebnisse sprechen für parallele und serielle Prozesse, die sich allerdings nicht eindeutig zu Feature-Suche bzw. Conjunction-Suche zuordnen lassen. Da auch alle drei unterschiedlichen Zielreize bei kleinster Displaygröße ein ERL bei 270ms auslösen, spricht dies eher für nur einen Prozess, der bei Conjunction-Zielreizen und eventuell schwerer zu diskriminierenden Feature-Zielreizen zu verlangsamter Detektion führt, was im Einklang mit Modellen wie Guided Search (Wolfe, 1994) oder salienzbasierten Modellen (Itti et al.,1998) steht.
Maskierte visuelle Reize beeinflussen verschiedene abhängige Variablen, wie etwa Reaktionszeit und zeitliches Reihenfolgeurteil (TOJ). Im TOJ wurde von Neumann, Esselmann & Klotz (1993) und Steglich & Neumann (2000) berichtet, daß ein maskierter Reiz (Prime) vor einem Zielreiz dessen wahrgenommenen Beginn vorverlagert. Dieser Vorverlagerungseffekt läßt sich durch eine vom Prime ausgelöste Aufmerksamkeitszuwendung erklären (attentionale Hypothese). Alternativ dazu könnte die Vorverlagerung durch Erleichterung der Verarbeitung anderer (figuraler) Zielreizeigenschaften zustandekommen (perzeptive Hypothese). Diese beiden Hypothesen werden geprüft; zudem wird der Effekt gegen den Einwand eines response bias (Pashler, 1980) abgesichert.
Die Versuchspersonen fällen ein TOJ zwischen zwei visuellen Reizen. Einem davon kann ein Prime vorangehen. Sichtbarkeit und Ähnlichkeit des Primes mit den Zielreizen werden variiert.
Experiment 1 repliziert den Befund, daß ein maskierter, formähnlicher Prime einen hochsignifikanten Vorverlagerungseffekt bewirkt. Experiment 2 weist denselben Effekt für formunähnliche Primes nach. Experiment 3 zeigt im direkten Vergleich zwischen Bedingungen, daß der Effekt unabhängig von figuraler Ähnlichkeit und Sichtbarkeit des Primes auftritt. Experiment 4 schließt aus, daß die Vorverlagerung zustandekommt, weil der Prime eine Reaktion spezifiziert bzw. die Vp auf ihn reagiert (response bias), indem gezeigt wird, daß kongruente und inkongruente (dieselbe und eine alternative Reaktion spezifizierende) Primes eine identische Vorverlagerung bewirken.
Diese Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß der Vorverlagerungseffekt attentionaler Natur ist. Sie belegen, dass (1) ein maskierter Prime den Zeitpunkt vorverlegt, zu dem der ihn maskierende Zielreiz wahrgenommen wird, (2) dieser Effekt unabhängig davon ist, wie stark der Prime maskiert ist, (3) er unabhängig von der Ähnlichkeit zwischen Prime und Zielreiz ist, was eine perzeptive Erklärung ausschließt, und (4) ein Unterschied zwischen kongruenten und inkongruenten Primes fehlt. Die Befunde zur Vorverlagerung lassen sich mit dem Wetterwart-Modell (Neumann, 1978; 1982; Neumann & Müsseler 1990) erklären.
Wird die scheinbare, wie die retinale, Größe von Objekten präattentiv, unabhängig von fokaler Aufmerksamkeit, berechnet und repräsentiert? Dieser Frage wurde in mehreren Suchexperimenten mit Ebbinghaus-Figuren - einem inneren Testkreis umgeben von sechs Kontextkreisen - nachgegangen. Die Suchdisplays enthielten 3, 5 oder 7 solcher Konfigurationen. Vorexperimente hatten demonstriert, dass kleinere Kontextkreise (sie lassen inneren Testkreise größer erscheinen) die Reaktionszeiten (RZ) bei der Suche nach einem größeren Target-Testkreis im Vergleich zu einer Kontrollbedingung ohne Kontextkreise verringern (konsistente Bedingungen). Dies wird dadurch erklärt, dass durch die Manipulation der scheinbaren Größe der Testkreise die Größendifferenz zwischen Target- und Distraktor-Testkreisen verstärkt und dadurch die Salienz des Targets erhöht wird. Dagegen nehmen die RZ zu, wenn die Testkreise von größeren Kontextkreisen umgeben sind (sie lassen die Testkreise kleiner erscheinen; inkonsistente Bedingungen). Dieser Befund wird dadurch erklärt, dass die Größe des Target-Testkreises einen mittleren Wert zwischen der Größe der Distraktor-Testkreise und der Kontextkreise einnimmt und dadurch schwerer zu detektieren ist.
In einem psychophysischen Experiment (Paarvergleich) wurde das exakte Ausmaß der Ebbinghaus-Illusion, d.h. die Stärke der Fehlschätzung, unter verschiedenen Bedingungen ermittelt. So erscheint ein 10 mm großer Testkreis, der von sechs 3 mm großen Kontextkreisen umgeben ist, 10,5 mm groß, aber nur 9,25 mm groß, wenn er von sechs 16 mm großen Kontextkreisen umgeben ist. Die so ermittelten scheinbaren Größen der Testkreise wurden als Parameter für neue Kontrollbedingungen in einem weiteren Suchexperiment verwendet. Dieses Experiment zeigte keine signifikanten RZ-Unterschiede zwischen den konsistenten bzw. inkonsistenten Experimental- und den entsprechenden Kontrollbedingungen für die modifizierten Testkreisgrößen. Dieser Befund ist ein Beleg dafür, dass die Targetentdeckungs-RZ in der visuellen Suche direkt durch die Manipulation der scheinbaren Größe der Testkreise beeinflusst werden - konsistent mit präattentiver, räumlich paralleler Verarbeitung scheinbarer Größe.
Singleton-Zielreize, die sich in einer visuellen Dimension von den umgebenden Distraktoren unterscheiden, können schnell und unabhängig von der Anzahl der Distraktoren entdeckt werden ("Pop-out"). Unterscheiden sich die zielreizdefinierenden Dimensionen in aufeinanderfolgenden Durchgängen, entstehen Reaktionszeit- (RZ-) Kosten (Found & Müller, 1996). Dieser Befund unterstützt die Vermutung, dass Aufmerksamkeitsgewicht zwischen verschiedenen dimensionsspezifischen Verarbeitungsmodulen verschoben wird (Müller et al., 1995). Die vorliegende Studie konnte RZ-Kosten auch bei einer stärker `top-down' kontrollierten Suche nach einem Zielreiz demonstrieren, der durch eine Konjunktion von Merkmalen einer primären Dimension, nämlich Größe, und einer sekundären Dimension, entweder Farbe oder Bewegung, definiert war. In zwei Bedingungen der Suche innerhalb der sekundären Dimension war die zweite zielreizdefinierende Dimension jeweils konstant (z.B. Farbe), aber die Targetmerkmale innerhalb dieser einer Dimension konnten variieren (z.B. rot oder blau). In einer cross-dimensionalen Bedingung wurde die sekundäre Zielreizdimension zufällig über Durchgänge hinweg variiert. Wechsel der sekundären Dimension von einem Durchgang zum nächsten führten, im Unterschied zu Wechseln des Merkmals innerhalb einer konstanten sekundären Dimension, zu einer Verlängerung der RZ gegenüber Durchgängen ohne Wechsel. Diese dimensionsspezifischen Wechselkosten waren wesentlich höher als bei der einfachen Merkmalssuche. Das funktionelle Korrelat von sekundären Dimensionswechseln wurde mittels ereigniskorrelierter fMRT untersucht. Um Areale zu identifizieren, die an Dimensionswechselprozessen beteiligt sind, wurde eine ANOVA mit den Faktoren Suchbedingung (crossdimensional, intradimensional) und Wechsel (Wechsel, Nichtwechsel) durchgeführt. Dimensionswechsel gingen mit erhöhter Aktivität im dorsalen und medialen Gyrus frontalis superior rechts, bilateral im pregenualen anterioren cingulären Cortex und im posterioren cingulären Cortex einher. Im Vergleich zu Dimensionswechseln bei Pop-out-Reizen (Pollmann et. al., 2000) wurde eine stärkere Beteiligung des frontomedialen Cortex an top-down kontrollierten Wechselprozessen gefunden. Wechsel von Farbe nach Bewegung (in der sekundären Dimension) führte zu einer Erhöhung der Aktivität in V5, während Wechsel von Bewegung nach Farbe zu einer erhöhten Aktivität in V4 führte.
Found A, Müller HJ (1996) Searching for unknown feature targets on more than one dimension: Investigating a "dimension-weighting" account. Percept. Psychophys. 58 (1): 88-101
Müller HJ, Heller D, Ziegler J (1995) Visual search for singleton feature targets within and across feature dimensions. Percept. Psychophys. 57 (1): 1-17.
Pollmann S, Weidner R, Müller HJ, von Cramon DY (2000) A fronto-posterior network involved in visual dimension changes. J.Cogn. Neurosci. 12: 480-494.
Anknüpfend an neuere Entwicklungen im Rahmen der Forschung zur latenten Hemmung (LH) wurde ein Paradigma zur Erfassung von LH für Reizdimensionen entwickelt. Ziel der Untersuchung war es, einerseits einen LH-Effekt für Reizdimensionen nachzuweisen und gleichzeitig die Beeinflussbarkeit des Effekts durch Manipulation von Kontextvariablen bzw. Verarbeitungsstrategien zu prüfen.
In einem zweiphasigen LH-Paradigma wurde zunächst eine Reizdimension (Form oder Größe) als bedeutungslos eingeführt. Anschließend wurde geprüft, welche Auswirkungen dies auf die Reaktionszeit bei Entscheidungen über diese Reizdimension hatte, im Vergleich zu einer neu eingeführten Reizdimension. Experiment 1 wurde mit 72 Probanden durchgeführt. Durch Veränderung der Farbe der dargebotenen Reize zwischen der ersten und der zweiten Experimentalphase wurde ein Kontextwechsel realisiert. In Experiment 2 bearbeiteten 48 Probanden eine vergleichbare Aufgabe, wobei im Unterschied zu Experiment 1 die Reizfarbe in beiden Phasen konstant blieb (kein Kontextwechsel). Weiterhin wurde die Darbietungsdauer der Reize in der ersten Experimentalphase variiert (700 ms bzw. 2000 ms). Dadurch sollten unterschiedliche Strategien der Verarbeitung der Reizdimensionen während ihrer Darbietung experimentell induziert werden.
In Experiment 1 war statt eines LH-Effekts eine Reaktionsbeschleunigung für Entscheidungen über Reizdimensionen, die als "bedeutungslos" eingeführt worden waren, zu verzeichnen. Dieser Effekt war allerdings auf Probanden mit generell langsamer Reaktionszeit beschränkt. Versuchspersonen, die generell kurze Reaktionszeiten aufwiesen, zeigten dagegen einen LH-Effekt. In Experiment 2 konnte ein Haupteffekt der LH belegt werden. Ein Einfluss der Darbietungsdauer auf die LH war nicht nachweisbar.
LH für Reizdimensionen konnte nachgewiesen werden. Die Kontextabhängigkeit des Effekts steht im Einklang mit der Literatur zur LH von Reizen. Das unterschiedliche Ausmaß von LH bei schnell bzw. langsam reagierenden Probanden in Experiment 1 legte nahe, einen Einfluss automatisierter vs. kontrollierter Informationsverarbeitung auf die LH anzunehmen. Diese Annahme konnte jedoch bei dem in Experiment 2 unternommenen Versuch, automatische vs. kontrollierte Verarbeitung der dargebotenen Reize über eine Manipulation der Darbietungsdauer zu induzieren, nicht bestätigt werden.
Neuere Modelle zur visuellen selektiven Aufmerksamkeit teilen häufig die Annahme, dass Aufmerksamkeit als eine Art Energieressource anzusehen ist, die sowohl auf räumliche als auch auf nicht-räumliche Repräsentationen im visuellen System gelenkt werden kann [1].
In dem hier vorgestellten Experiment wurde die Rolle von visuell-räumlicher und merkmalsspezifischer Aufmerksamkeit bei der Orientierungsdiskrimination in einer einfachen visuellen Suchaufgabe untersucht. Die Versuchspersonen hatten die Aufgabe, in einem kurz dargebotenen Stimulusdisplay, das aus kleinen Sinusgittern bestand, ein Gitter zu finden, das in seiner Orientierung von den anderen Gittern abwich. Es wurde mit drei verschiedenen Targets gearbeitet, die sich in ihrem Orientierungsversatz voneinander unterschieden. Die Aufmerksamkeit wurde durch verschiedene visuelle Cues auf bestimmte Orte oder Orientierungen gelenkt. Hierbei wurden das räumliche Ausmaß und die Eigenschaft der Cues variiert, ob sie bestimmte Orte, bestimmte Orientierungen oder beides anzeigten. Für jede experimentelle Bedingung wurde der Anteil richtiger Antworten in Abhängigkeit von der Darbietungsdauer erhoben und hieraus eine Reizdauerschwelle geschätzt.
Es zeigte sich, dass durch visuell-räumliche Cues größeren oder kleineren Ausmaßes, die Reizdauerschwellen sinken. Man findet jedoch keine statistisch bedeutsamen Unterschiede zwischen globalen und lokalen Ortscues. Visuelle Cues, die die Aufmerksamkeit auf bestimmte Orientierungen lenken sollen, führen nicht zu einer Reduktion der Schwellen. Die Target-Distraktor-Ähnlichkeit hat einen klaren Einfluss auf die Effizienz, mit der das visuelle System eine Suchaufgabe absolvieren kann. Weiterhin hat sie einen Einfluss auf die Höhe der messbaren Aufmerksamkeitseffekte. Je größer die Ähnlichkeit, desto höher sind die Reizdauerschwellen und desto höher ist das Ausmaß, indem visuell räumliche Cues die Leistung beeinflussen.
Die gemessenen Effekte der Ortscues und die Abhängigkeit dieser Effekte von der Schwierigkeit der Aufgabe stehen in Einklang mit den neueren Modellen. Eine Modulation von Neuronen durch räumliche Aufmerksamkeitsprozesse scheint in frühen visuellen Arealen möglich zu sein. Jedoch zeigten sich keine merkmalsspezifischen Aufmerksamkeitseffekte. Es wird angenommen, dass die Kodierung in Merkmalsmodulen des visuellen Systems abstrakter ist, als die in diesem Experiment verwendeten Orientierungen. Weiterhin wird angenommen, dass eine Modulation von Neuronen durch merkmalsspezifische Aufmerksamkeitsprozesse erst in späteren visuellen Arealen möglich ist.
[1] Heslenfeld, D.J., Kenemans,J.L., Kok,A. & Molenaar, P.C.M. (1997). Feature processing and attention in the human visual system: an overview. Biological Psychology, 45, 183-215.
Bei Patienten mit visuellem Hemineglect kann die gestörte Wahrnehmung visueller Stimuli in der linken (kontraläsionalen) Bildhälfte bei der visuellen Suche einerseits Ausdruck einer Reduktion der gerichteten visuellen Aufmerksamkeit für die linke Gesichtsfeldhälfte sein, andererseits aber auch aktive Suchprozesse beeinträchtigen, wie z.B. Suchstrategien oder das räumliche Arbeitsgedächtnis. Es kann sowohl die reflexartige Aufmerksamkeitszuwendung auf pop-out Merkmale als auch die systematische, serielle Suche betroffen sein. Um dies zu differenzieren, untersuchten wir die okulomotorischen Suchmuster bei 10 Kontrollpersonen und sieben Patienten mit linksseitigem visuellen Hemineglekt aufgrund rechts frontal oder parietal lokalisierter Hirnläsionen. Als Stimuli dienten 40, 60 oder 80 abstrakte Objekte mit den Eigenschaften Farbe (rot, grün, blau) und Form (Kreise, Dreiecke, Quadrate), unter denen sich 0, 1, 4 oder 8 Zielobjekte befanden. Augenbewegungen während der Suchaufgaben (Eigenschaften bzw. Konjunktion) nach wurden mit einem CNC Search Coil System aufgezeichnet. Bei den meisten Stimuli zeigten die Patienten eine intensivere Exploration der ipsiläsionalen Seite. Die gegenüber den Kontrollpersonen erheblich verlängerte Suchdauer ist auf die sehr häufige Refixation von Objekten - überwiegend in der rechten Bildhälfte - zurückzuführen, ebenso wurden Targets häufig mehrfach identifiziert. Durch top-down Einflüsse wurde gelegentlich die linke (ipsiläsionale) Bildhälfte exploriert, in der dann - besonders bei Patienten mit parietalen Läsionen - in der Farbsuche der pop-out Effekt von Farbe keinen Einfluss hatte. Systematische Suchstrategien waren kaum zu erkennen, am wenigsten bei Patienten mit frontalen Läsionen. Visueller Hemineglect ist mehr als nur die reduzierte Aufmerksamkeit zur kontraläsionalen Seite. Nicht nur für die linke (kontraläsionale), sondern auch für die rechte (ipsiläsionale) Bildhälfte zeigt sich, dass aktive visuelle Suchprozesse gestört sind: sowohl reflexartige pop-out Phänomene (häufiger bei parietalen Läsionen) als auch systematische serielle Suchstrategien konnten nicht beobachtet werden. Die häufige Refixation von Objekten (Fehlen des "Inhibition of Return") spricht für ein defektes räumliches Arbeitsgedächtnis, das sich sowohl bei Patienten mit frontalen wie auch bei parietalen Läsionen zeigte.
In einer Reihe von Experimenten wurde die Rolle von hemmenden Selektionsprozessen in der visuellen Suche untersucht. Die aus einer Suchaufgabe resultierende Hemmung von Distraktoren wurde mit der sogenannten Probe-Stimulus-Methode gemessen: Ein einfacher Entdeckungsreiz (Probe-Stimulus) wird unmittelbar nach einer Suchaufgabe entweder an der Position eines Suchdistraktors (On-Probe-Stimulus) oder an einer leeren Position (Off-Probe-Stimulus) präsentiert. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Reaktionszeiten bei On-Probe-Stimuli länger sind als bei Off-Probe-Stimuli. Dies wurde damit erklärt, dass die Positionen der Distraktoren im Verlauf der Suche gehemmt werden. Mit einer passiven Kontrollbedingung, bei der die Probanden die Displays nur betrachten (und nicht absuchen) mussten, konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass diese Hemmung nicht allein auf Maskierungseffekte zurückzuführen ist. Das Ausmass der Maskierungseffekte und der Distraktorhemmung unterschied sich in Abhängigkeit davon, ob die Suchstimuli nach der Suchantwort unverändert blieben, ob bestimmte innere Teile der Suchstimuli gelöscht wurden, oder ob sie vollständig gelöscht wurden. Wenn die Suchitems gelöscht wurden, waren die Maskierungseffekte am stärksten und die Distraktorhemmung am schwächsten. Hingegen wenn die Suchitems unverändert blieben, waren die Maskierungseffekte am schwächsten und die Distraktorhemmung am stärksten. In einem nachfolgenden Experiment wurde die Anzahl der Distraktoren, die verändert wurden, systematisch variiert. Die Befunde lassen sich mit den Ergebnissen von Yantis und Johnson (1990) vergleichen. Sie konnten zeigen, dass abrupte, lokale Änderungen der Helligkeit während der visuellen Suche die Entdeckung von Stimuli beschleunigt. Dies weist auf eine parallele Top-down-Inhibition der Distraktoren in der visuellen Suche hin, die mit der Auswahl einer Reaktion assoziiert ist.
Yantis, S., & Jonides, J. (1990). Abrupt visual onsets and selective attention: Voluntary versus automatic allocation. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 16, 121-134.
Ein visuelles Suchexperiment, das die Entdeckung von ,Singleton-Merkmalstargets" (,Pop-out-Targets") in einem Redundanz-Paradigma erforderte, untersuchte den Ort der Integration dimensionsspezifischer Targetsignale: ein früher (Perzeption) oder ein später (motorische Antwort). Die Targets unterschieden sich von den Distraktoren in entweder einer Dimension (nur Farbe oder nur Orientierung) oder in zwei Dimensionen (Farbe und Orientierung). Die Probanden hatten eine Target-anwesend-Antwort auf jedes Target, unabhängig von dessen Identität, zu produzieren (und eine Abwesend-Antwort, wenn kein Target im Display war). Es wurden die Reaktionszeiten (RZ) sowie das EEG während eines Suchdurchgangs aufgezeichnet. Die mittlere RZ waren signifikant schneller auf redundante Targets verglichen mit den schnellsten einfach definierten Targets. Zudem verletzten die RZ auf redundante Targets Millers (1982) Wettlaufsmodell-Ungleichung, was Evidenz für eine Integration dimensionsspezifischer Redundanzsignale darstellt. Die Analyse der Ereigniskorrelierten Potentiale (EKP) zeigte, dass redundante Targets anfangs ähnlich der am stärksten aktivierten Dimension verarbeitet werden, d.h. frontal ähnlich einem Farbtarget, posterior ähnlich einem Orientierungstarget. Evidenz für eine Integration (Verletzung der Additivität der EKP-Effekte, die für separate Aktivierungen erwartet würde) zeichnet sich, sowohl an frontalen als auch an okzipitalen Elektroden, 210 ms nach dem Einsetzen des Displays ab, d.h. 150-160 ms vor der offenen motorischen Antwort. Wir schlagen vor, dass diese Integration auf einer Zwischenstufe der Verarbeitung auftritt, die sowohl eine perzeptuelle (overall-saliency computation) als auch eine antwortbezogene (response selection) Funktion hat.
It has been reported recently that different populations of neurons contribute to the detection and disrimination of visual motion (Hol & Treue 2001). Here, we test if detection and discrimination tasks also show differences in their susceptibility to changes in stimulus contrast and attentional state.
We presented two moving random dot patterns simultaneously for 250ms 6° on either side of a fixation cross. The left stimulus contained a variable percentage of signal dots moving coherently left or right, while in the right stimulus all dots moved upwards with a slight leftward or rightward inclination. Under single task conditions the subjects had to report the direction in the left stimulus (detection task) or the right stimulus (discrimination task), while they had to divide their attention and report both directions in the dual task condition. Performance in both conditions, single and dual task, was also determined with different contrasts.
In all experiments, thresholds were raised for the dual task condition. The effect was stronger for the discrimination tasks though. Contrast had opposite effects on thresholds in the detection and discrimination tasks. While thresholds were significantly lowered with lower contrast in detection tasks, the thresholds increased significantly for lower contrasts in discrimination tasks.
Our demonstration that thresholds for discrimination and detection tasks show opposite behaviour with change of contrast and that thresholds are influenced to a different degree by attention, supports our hypothesis that different mechanisms are used for detection and discrimination tasks.
The efficiency of visual search depends to a large extend on the perceptual salience of the target. Therefore, an important question is what determines perceptual salience. Originally, it was thought that the uniqueness of the target features is crucial. However, it has been shown that other factors are also important. One of these factors is local feature contrast (e.g. Nothdurft, 1992). That is, a target can pop out, when it has a larger feature contrast to its direct neighbors than the distractor items. Up to now, this phenomenon has only been demonstrated for target items embedded in a texture. Unfortunately, these stimuli allow an alternative interpretation, because the background items produce a continuous feature flow pattern that is interrupted by the target. Thus, it could be argued that the salience of the target is due to the interrupted flow, rather than to local feature contrast. To distinguish between these accounts, one would have to vary feature contrast and flow independently. However, this is not possible with texture patterns. Therefore, in the to be reported experiments, a circular arrangement of Gabor patches was used. Their orientation shifted constantly from one distractor to the next, and the target was defined by an increased orientation shift. In one condition the orientation shift had a constant direction across items, which produced a feature flow, whereas in another condition the direction of orientation shift varied randomly. Thus, although the local feature contrast of the target was identical in both conditions, there was a difference with respect to feature flow. As the results of two experiments revealed, search performance was more efficient in the flow condition than in the contrast-only condition. This shows that the perceptual salience of a target depends not only on local contrast conditions, but also on long range relations between the distractors.
According to current models, search for a visual target in an object array involves rapid shifts of focal attention and tonic attention directed to object locations or features. We conducted two fMRI-experiments in eight human subjects in order to investigate which of the cortical areas controlling attention shifts are also engaged in the tonic attention mechanisms employed during search.
In both experiments an attentionally demanding conjunction search condition was compared with a less demanding single feature search condition. Search arrays were presented only for 80 ms and subsequently masked in order to preclude exploratory eye movements. Sensory stimulation and motor responses were matched across conditions. Experiment 1 was designed to identify all areas involved in the attentional mechanisms of visual search. Arrays of four objects were presented. Differential activations between conjunction and feature search may be related to both, shifts of attention and tonic attention. Experiment 2 was designed to isolate those areas activated by tonic attention alone. Here, only one object appeared randomly at one of four possible locations. Thus, differential activations should selectively reflect tonic attention because attention had to be shifted only once in both conditions.
In experiment 1 the frontal eye fields and four posterior parietal areas were diferentially activated: the postcentral sulcus, the posterior and anterior intraparietal sulcus (IPS), and the IPS junction with the transverse occipital sulcus (TOS). Furthermore, the fMRI-signal decreased during conjunction search relative to feature search in the collateral sulcus. In experiment 2, overlapping activation was found in the postcentral sulcus, anterior and posterior IPS and in the IPS/TOS junction. No signal decrease was found in the collateral sulcus.
All areas activated in experiment 1 are known to shift focal attention covertly. The results of experiment 2 suggest that the frontal eye fields may be selectively engaged in attention shifts whereas posterior parietal areas may also be engaged in the maintenance of tonic attention. The signal decrease observed in the inferior temporal cortex might be an effect of spatial attention shifts.