Ein gut untersuchter Effekt subliminaler visueller Reize ("Primes") ist ihre Fähigkeit, eine Reaktion auszulösen (Klotz & Neumann, 1999; Schlaghecken & Eimer, 1997, 2000): Zeigt man vor einem Zielreiz einen maskierten Prime, der eine alternative Reaktion fordert (inkongruenter Prime), so führt dies zu einer erhöhten Fehlerrate wie auch Reaktionszeit. Kongruente, dieselbe Reaktion spezifizierende Primes erniedrigen Reaktionszeit und Fehlerrate. Anders sehen die attentional-perzeptiven Wirkungen des Primes aus. Hier unterscheiden sich die Effekte kongruenter und inkongruenter Primes nicht: Beide lösen eine Aufmerksamkeitszuwendung aus, die die Wahrnehmungslatenz für den maskierenden Zielreiz verkürzt (Perceptual Latency Priming, PLP, Scharlau & Neumann, eingereicht).
Das Experiment untersucht die Frage, ob es sich hier um zwei unabhängige Effekte handelt, von denen am Urteil nur einer beteiligt ist (PLP), während die Reaktion sensomotorisches und attentionales Priming umfaßt.
Die Untersuchung vergleicht Reaktionen auf und Urteile über kongruent und inkongruent geprimte Reizpaare. Um den zeitlichen Verlauf des Primings zu ermitteln, werden Priming-Intervalle zwischen 32 und 128 ms eingesetzt.
Im Reaktionsteil zeigen sich zwei Effekte: eine Vorverlagerung der Latenz der geprimten Reaktion und zusätzlich eine erhöhte Fehlerzahl bei inkongruentem Priming. Im Urteilsteil vergrößert sich PLP mit dem Priming-Intervall. Inkongruente und kongruente Primes zeigen nur beim größten Intervall differentielle Auswirkungen. Reaktions- und Urteilszeiten: Die Urteilszeiten zeigen zwei Effekte: a) sie spiegeln die subjektive Schwierigkeit des Urteils und sind damit ein unabhängiges Maß für PLP, und b) gehen Urteilsfehler mit längeren Zeiten einher. Das Urteil wird durch den Prime nicht beschleunigt, und es findet sich kein Kongruenz-Inkongruenz-Effekt. In den Reaktionsdaten finden sich die bekannten Muster (Priming und Kongruenz).
PLP und sensomotorisches Priming können je nach Aufgabe unabhängig voneinander auftreten. Die Ergebnisse belegen, daß (1) ein maskierter Prime den Zeitpunkt vorverlegt, zu dem der maskierende Zielreiz wahrgenommen wird, und zwar unabhängig von seiner Reaktionsbedeutsamkeit, (2) ein sensomotorischer Priming-Effekt zusätzlich auftreten kann, und (3) die beiden Effekte einen unterschiedlichen zeitlichen Verlauf haben, wobei der Aufmerksamkeitseffekt früher einsetzt. Die Befunde zur Vorverlagerung lassen sich mit dem Wetterwart-Modell (Neumann, 1982; Neumann & Müsseler 1990) und der Theorie Direkter Parameterspezifikation erklären (Neumann 1990).
We propose a neuroscience based model for invariant visual object recognition that consider the feedback biasing effects of top-down attentional mechanisms on a hierarchical organized set of visual areas with convergent connectivity and local intra-areal competition. The model consistently integrates the different brain areas of the dorsal or `where' and ventral or `what' paths of the visual cortex. The occipital-temporal `what' pathway leads ventrally through V1, V2, V4 and IT (inferotemporal) and is mainly concerned with object recognition, independently of position and scaling. The occipito-parietal stream `where' pathway leads dorsally into PP (posterior parietal) and is concerned with the location and spatial relationships between objects. The dorsal `where' path is implemented by recurrent connections between a PP module and the four ventral modules, which correspond to spatial attention. The ventral `what' path is embody in a physiologically plausible pyramidal four-layer network, corresponding to the brain areas V1, V2, V4 and IT, with convergence to each part of a layer from a small region of the preceding layer, with recurrent feature based attentional feedback connections, and with local competition between the neurons within a layer, implemented by lateral local inhibitory connections. Consequently, the local character of the competition within layers reveals itself effectively as a gradually increasing global competition between objects and/or parts of objects at the retina when deeper ventral layers are considered. Precisely, the interaction between space and object based attentional top-down feedbacks, and the local and gradually increasing global character of laterally competing neurons, is the main goal of this work. In particular, we explain the gradual increasing of the magnitude of the attentional modulation from earlier visual areas (V1, V2) to deeper ventral areas (V4, IT) as evidenced by fMRI experiments. We explain as well the variation of the effective size of receptive fields of IT neurons in natural cluttered scenes. In this context, we perform with the model specific new experimental predictions evidencing two different type of modulations of the IT-receptive fields, namely, one due to local earlier competing effects and the other associated with more global ventrally deeper competing mechanisms. The system is described in a complete mean-field based mathematical framework.
In einer visuellen Suchaufgabe ist die Entdeckungsgeschwindigkeit für einen Zielreiz, der durch eine Merkmalskombination (`conjunction') definiert wird, generell abhängig von der Anzahl der Distraktoren im Display. Wird ein Teil der Distraktoren vor dem vollständigen Suchdisplay präsentiert, ergeben sich gegenüber einer herkömmlichen Conjunction-Suche kürzere Reaktionszeiten. Die Verbesserung der Suchleistung wird darauf zurückgeführt, daß nur innerhalb der neuen Items gesucht wird. Watson & Humphreys (1997) nehmen einen top-down Prozeß an, durch den die alten Distraktorpositionen inhibiert werden (`visual marking'). Das vorliegende Experiment untersucht, ob die vorgezogene Darbietung eines Distraktorsets eine schwierige Conjunction-Suche in eine effizientere Feature-Suche überführen kann. Von besonderem Interesse ist dabei die Frage, ob die Annahme unterschiedlicher Suchmechanismen durch psychophysiologische Korrelate gestützt wird. In früheren Untersuchungen hatte sich gezeigt, daß ereigniskorrelierte Lateralisierungen (ERLs) im EEG zwischen unterschiedlichen Suchstrategien differenzieren. Die Probanden suchten nach einem Zielreiz, der durch eine Verknüpfung der Merkmale Farbe und Form bestimmt war. In den modifizierten Conjunction-Bedingungen wurde zunächst eines der beiden Distraktorsets dargeboten. Nach 600-800 ms wurde die Suchmatrix durch das Target und das zweite Distraktorset ergänzt. Beschränkt sich die Suche auf neue Items, so sollte die Vorwegnahme eines Distraktorsets zu einer Form-Suche bzw. einem Farb-Pop-out in bezug auf das zweite Distraktorset führen. Über alle Suchbedingungen hinweg fanden sich langsamere Reaktionszeiten mit zunehmender Anzahl der aufgabenirrelevanten Items. Die Suchzeiten waren bei vorgezogenem Distraktorset kürzer als in der Conjunction-Bedingung. Anhand der aufgezeichneten EEG-Daten wurden ERLs berechnet, indem die Aktivität ipsilateral zum Target von kontralateral subtrahiert wurde. Die ERL-Latenzen über parietalen Elektroden nahmen in allen Suchbedingungen mit steigender Distraktorzahl zu. Lediglich das Ausmaß der Latenzverschiebung variierte zwischen den Bedingungen. Die Ergebnisse sind mit der Annahme eines parallelen Prozesses für Farb-Suche nicht vereinbar. Es gibt keinen Hinweis darauf, daß der erste Distraktortyp, wie von Watson & Humphreys vorgeschlagen, ausgeblendet wird.
Wir untersuchten in einem Experiment zur visuellen Pop-out-Suche zwei Patientengruppen mit Läsionen des frontopolaren bzw. frontomedianen Cortex mittels einer Aufgabe, die den Wechsel von Aufmerksamkeit zwischen Stimulusdimensionen erforderte. Die Probanden durchsuchten Displays variabler Größe nach Targets, die sich entweder in der Farbe (rote oder blaue Balken) oder der räumlichen Orientierung (45° rechts oder links geneigte grüne Balken) von grünen, senkrechten Distraktoren unterschieden. In einer intra-dimensionalen Bedingung wurden nur Targets einer Dimension (Farbe oder Orientierung) gezeigt, während in der kritischen cross-dimensionalen Bedingung die Dimension des Target-Merkmals zufällig über Durchgänge hinweg variierte. Vorangegangene Studien zum Dimensionswechsel der Aufmerksamkeit (Müller et al., 1995, Found & Müller, 1996) fanden erhöhte Reaktionszeiten bei der crossdimensionalen Suche sowie dimensions-spezifische Inter-Trial-Kosten, wenn die Targetdimension von Trial N-1 zu Trial N wechselte. Pollmann et al. (2000) identifizierten in einer ereigniskorrelierten fMRT-Studie zum Dimensionswechsel in der Pop-out-Suche ein fronto-posteriores Netzwerk von Aktivierungen, wobei der linke fronto-polare Cortex (FPC) vermutlich die Wechselprozesse auslöst, diese selbst aber in posterioren visuellen Arealen umgesetzt werden. Konsistent mit dieser Hypothese ergab unsere Patientenstudie signifikant erhöhte Dimensionswechselkosten für die Patientengruppe mit Schädigung des frontopolaren Cortex (bei insgesamt erhöhten Suchzeiten, aber räumlich paralleler Suche). Demgegenüber unterschied sich die Patientengruppe mit frontomedianen Läsionen aber intaktem FPC nicht von gesunden Versuchspersonen. Dieses Befundmuster stützt die fMRT-Evidenz für eine Beteiligung des FPC am Wechsel der Aufmerksamkeit zwischen visuellen Merkmalsdimensionen in der Pop-out-Suche (Pollmann et al. 2000).
Müller, H.J., Heller, D. and Ziegler, J.,1995. Visual Search for singleton feature targets within and across feature dimensions. Perception & Psychophysics, 57(1),1-17
Found, A., & Müller, H.J., 1996. Searching for unknown feature targets on more than one dimension: Investigating a "dimension-weighting" account. Perception & Psychophysics, 58, 88-101
Pollmann, S., Weidner, R., Müller, H.J., and von Cramon, D.Y., 2000. A Fronto-Posterior Network Involved in Visual Dimension Changes. Journal of Cognitive Neuroscience 12, 480-494
Einfache Reaktionen auf lateral präsentierte Reize können von einem vorangegangenen räumlichen Warnreiz beeinflusst werden. Ist der Warnreiz nicht informativ für den Zielreiz, so zeigt sich ein biphasischer Effekt in der Art, dass Reaktionen gebahnt werden, wenn der Zielreiz in einem kurzen Intervall auf den Warnreiz folgt, jedoch gehemmt, wenn dieses Intervall zunimmt (>300 ms). Dieses Phänomen nennt man "inhibition of return" (IOR). Die meisten Theorien nehmen an, dass die Ursache für den Effekt eine Hemmung der Aufmerksamkeitszuwendung zu einer Position darstellt, von der gerade die Aufmerksamkeit abgezogen worden war. Es ist jedoch unklar, in welchem Ausmaß kortikale Strukturen an diesem Phänomen beteiligt sind. Einige Studien zeigen einen engen Zusammenhang der IOR mit dem subkortikalen Augenbewegungssystem.
Wir haben IOR in zwei Experimenten mit ereigniskorrelierten Potentialen des EEG (ERPs) untersucht. Das EEG wurde von 60 Elektroden an der Kopfhaut abgeleitet. Im ersten Experiment wurden die Warnreize nur sehr kurz (50 ms) präsentiert, was große IOR auslöste ("on-off"). Im zweiten Experiment wurden die Warnreize bis zum Offset des Zielreizes präsentiert was geringe Hemmung auslöste ("on"). Vier SOAs wurden benutzt (50, 100, 350, und 900 ms).
Bahnung durch den validen Warnreiz ging in beiden Experimenten mit einer Unterdrükkung der vom Zielreiz ausgelösten N1 einher. IOR (nur im ,on-off"-Experiment) drückte sich in einer erhöhten Positivität wischen 250 und 350 ms aus. Diese Veränderung war nicht an eine bestimmte ERP-Komponente gebunden. Am ehesten könnte man es als ein der P3 vorausgehendes Phänomen betrachten. IOR war von keiner Veränderung früher sensorischer ERP-Komponenten begleitet.
Die EEG-Korrelate in den vorgestellten IOR-Experimenten deuten darauf hin, dass frühe Prozesse, welche mit der Reizentdeckung in Zusammenhang stehen, nicht die Ursache für IOR sein dürften. Lediglich Korrelate späterer - nicht direkt reizbezogener - Stufen der Verarbeitung waren im EEG beeinflusst. Die Daten deuten damit deutlich auf eine starke kortikale Beteiligung an der IOR hin.
Untersuchungen aus jüngerer Zeit legen nahe, daß das Cerebellum nicht nur Sitz motorischer Leistungen ist, sondern daß es zu einer Vielzahl von kognitiven Prozessen beiträgt. Insbesondere zeigen Patienten mit cerebellären Läsionen Störungen der visuellen Wahrnehmung, die sich nicht durch die typischerweise gestörte Okulomotorik erklären lassen. Eine denkbare Erklärung dieser visuell perzeptuellen Defizite könnten Störungen der Ausrichtung visueller Aufmerksamkeit sein, die möglicherweise, ähnlich zielgerichteten okulo(-motorischen) Leistungen durch eine hypothetische Kleinhirnfunktionalität in Raum und Zeit präzisiert werden könnte. An Patienten mit Kleinhirnerkrankungen testeten wir die Hypothese, daß das Kleinhirn an der Ausrichtung räumlicher Aufmerksamkeit beteiligt sein könnte: "Cerebelläre" Patienten (n=12) wurden in ihrer Fähigkeit zur offenen und verdeckten Aufmerksamkeitsverschiebung getestet und ihre Leistungen mit denen gesunder Kontrollen (n=12) verglichen. Im ersten Experiment wurden visuell geführte Sakkaden registriert (Zielpunkt entweder 9° links oder rechts vom Fixationspunkt; offene Aufmerksamkeitsverschiebung). Das zweite Experiment erforderte unter kontrollierter Fixation eine Diskriminationsleistung in Form einer Entscheidung über die Orientierung von Landolt-"C"s (Öffnung oben oder unten), die ohne oder mit vorangehendem Hinweisreiz an derselben Stelle wie zuvor die Sakkadenzielpunkte präsentiert wurden (verdeckte Aufmerksamkeitsverschiebung). Die beiden möglichen Präsentationsformen des Landolt-"C"s (kein oder aber räumlich exakter (gültiger) Hinweisreiz, je 50%) erfolgten randomisiert. Als Maß für die Fähigkeit, den Aufmerksamkeitsfokus im Raum auszurichten, diente die Differenz der Sehschärfen zwischen den Bedingungen mit oder ohne Präsentation eines vorangehenden Hinweisreizes.
Im Vergleich zu den Kontrollpersonen zeigten die cerebellären Patienten im Durchschnitt einen höheren absoluten Positionsfehler bei der Ausführung der Sakkaden (0,71° vs. 1,27°) und zeigten Sehschärfeeinbußen für die getestete Exzentrizität von 9° (durchschnittlich um 18% höhere Sehschwellen als die Kontrollpersonen). Sie waren hingegen nicht in ihrer Fähigkeit beeinträchtigt, ihre Aufmerksamkeit im Raum zu verschieben, angezeigt durch eine zu den Kontrollpersonen vergleichbare Verbesserung der Sehschärfe durch einen gültigen Hinweisreiz ( Verbesserung der Sehleistung bei Kontrollen und Patienten um je 15-25%).
Diese Ergebnisse sprechen gegen das Vorliegen von Defiziten in der Ausrichtung räumlicher Aufmerksamkeit bei cerebellären Patienten und gegen einen Beitrag von Aufmerksamkeitsstörungen zu ihren Sehstörungen.
Drei Experimenten untersuchten die Frage, inwieweit top-down-Prozesse die visuelle Suche nach innerhalb eines Blocks variablen farb- und orientierungsdefinierten Popout-Targets (cross-dimensionale Suche) beeinflussen. Die Experimente kombinierten eine cross-dimensionale Popout-Suchaufgabe mit einer Cueing-Manipulation, in der die Versuchsperson vor der Darbietung des Suchdisplays einen ,direkten' Hinweisreiz (Cue) mit Information über das mehr oder weniger wahrscheinliche targetdefinierende Merkmal (rot/blau; links-/ rechtsgeneigt) im folgenden Display erhielt. In getrennten Sitzungen wurde die Validität des Cues manipuliert (80%=valide; 25%=uninformativ; 10%=negativ). Zusatzlich wurde das Cue-Target-Intervall (CTI) zwischen 100 und 850 ms variiert. Experimente mit symbolischen Hinweisreizen hatten gezeigt, dass Cueingeffekte auf die Reaktionszeiten (RZ) bei langen CTIs auftraten (Reimann, Müller, Krummenacher, in Revision). Ein kurzes Intervall sollte Aufschluss darüber geben, wann eine top-down Einstellung wirksam wird bzw. ob es zu einer bottom-up (d.h. hinweisreizgesteuerten) Einstellung bei kürzeren CTIs kommt. Es ergaben sich RZ-Kosten für eine invalide Targetdimension beim kurzen CTI unter allen Validitätsbedingungen, bei den 10%- und 25%-Bedingungen allerdings nur dann, wenn diese als erste durchgeführt wurden. Bei längeren CTIs konnte der hinweisreizgesteuerten Einstellung im uninformativen bzw. negativen Fall erfolgreich entgegengewirkt werden. Ein weiteres Ergebnis war, dass der unter neutralen Cueing-Bedingungen beobachtbare Reaktionsnachteil bei einem Dimensionswechsel zwischen der vorherigen und dem aktuellen Trial (Intertrial-Effekt) bei validen Cues in allen Bedingungen signifikant reduziert war. Die signifikanten dimensionsspezifischen Cueing-Effekte, einschließlich der Reduktion der Intertrial-Effekte, sprechen dafür, dass auch bei frühen Detektionsvorgängen (Popout) sowohl automatische priming- als auch erwartungsbasierte Prozesse eine Rolle spielen. Diese Prozesse bewirken eine Einstellung auf dimensionsbasierte Salienzmechanismen, nicht aber auf spezifische Merkmalsdetektoren innerhalb einer Dimension (zumindest bei Orientierung). Diese Ergebnisse lassen sich im Rahmen des "Dimensionsgewichtungs"-Ansatzes von Müller und Kollegen (1995, 1996) interpretieren, demzufolge limitiertes Aufmerksamkeitsgewicht der jeweils aktuellen Dimension zugewiesen wird.
In EEG-Experimenten zu visuellen Aufmerksamkeit erweist sich eine Komponente, die N2pc, als besonders interessant. Studien zur visuellen Suche interpretierten diese Komponente als Index einer Filterung irrelevanter Information. Neuere Experimente legten nahe, die N2pc als Index der Lokalisation relevanter Information zu interpretieren. In den folgenden zwei Experimenten wurden in zwei unterschiedlichen Paradigmen Ereigniskorrelierte Lateralisierungen des EEG (ERLs) erhoben, eine Darstellungsform der N2pc, um genauer zu untersuchen, welchen Prozess diese Komponente widerspiegelt. In einer visuellen Suchaufgabe fanden sich ERLs, deren Latenzen sich augenscheinlich ähnlich verhielten wie die RT, d.h. mit steigender Distraktorenzahl stieg die Latenz der ERLs an. Es zeigten aber auch deutliche Unterschiede: Die RT stieg mit steigender Distraktorenzahl wesentlich steiler an als die ERL-Latenzen.
Anders als im visuellen Suchexperiment, verhalten sich die ERL-Latenzen in einer wesentlich einfacheren Go-NoGo Aufgabe genau analog zu den RT. Das heißt, hier wird ein Anstieg der ERL-Latenzen zwischen den Experimentalbedingungen in der RT genau abgebildet. Einfache Aufgaben (wie hier die Go-NoGo Aufgabe) können anhand der reinen Lokalisation eines relevanten Items bearbeitet werden. An diesen Lokalisationsprozess schließt sich nur noch ein Prozess der Bewegungsvorbereitung an. In komplexeren Aufgaben, die z.B. eine Identifikation eines relevanten Items zusätzlich zur reinen Lokalisation benötigen, ergibt sich eine zusätzliche Verzögerung der RT, die nicht ausschließlich auf eine konstante Zeit zwischen ERL und RT zurückgeführt werden kann. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die ERL-Latenzen als ein Maß für einen reinen Lokalisationsprozess dienen, der sich nicht in dieser Form in den RT zeigt.
Eine visuelle Suchaufgabe kann hohe Anforderungen an visuelle Selektionsmechanismen stellen, wenn sich die Zielobjekte von den Distraktoren durch eine Konjunktion von elementaren Merkmalen unterscheiden. Obwohl den Merkmalen Orientierung und Ortsfrequenz eine essentielle Bedeutung im neuroanatomischen Aufbau des visuellen Systems zukommt, gibt es vergleichsweise wenig Studien, in denen die Selektionsmechanismen bei Ortsfrequenz-Orientierungskonjunktionen untersucht wurden. Welche Variablen haben Einfluss auf die Wirksamkeit von informationshaltigen Cues bei der Suche nach Ortsfrequenz-Orientierungskonjunktionen?
In dem hier vorgestellten Experiment wurde der Einfluss von Ekzentrizität, Aufgabenschwierigkeit und Art des visuellen Cues auf die Verbesserung der Leistung in einer visuellen Suchaufgabe untersucht. Die Versuchsperson sollten entscheiden, ob sich in einem Stimulusdisplay aus Sinusgittern, eines von zwei Targets befindet, die sich durch eine Ortsfrequenz-Orientierungs-Konjunktion definieren (Target 1: tieffrequent-diagonal, Target 2: hochfrequent-vertikal). Die Aufgabenschwierigkeit wurde operationalisiert über die Art der Konjunktion: Target 1 wird mit höherer Effizienz gefunden als Target 2. Die Stimuli wurden auf verschiedenen Radien dargeboten, wodurch die Ekzentrizität variiert wurde. Es wurden drei verschiedene Größenbedingungen untersucht: Standard, vergrößert nach kortikalem Vergrößerungsfaktor, vergrößert und orientierungs- und frequenzangepasst, um eine gleiche kortikale Repräsentation unabhängig vom Radius zu erhalten. Es tauchten visuelle Cues auf, die die Aufmerksamkeit entweder auf Target 1oder Target 2 lenkten oder informationslos waren (Neutralcues). Es gab 3 Gruppen von Versuchspersonen, denen andere Cues dargeboten wurden. Durch jeden der Cues war das Target eindeutig definiert, jedoch unterschieden sich die Cues in ihrer Ähnlichkeit zum Target: Gruppe 1: Orientierungscue, Gruppe 2: Frequenzcue, Gruppe 3: Orientierungs- und Frequenzcue.
Es zeigte sich, dass Aufgabenschwierigkeit, Ekzentrizität und Art des Cues interaktiv einen Einfluss auf die Wirksamkeit des Cues haben. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Schwierigkeit als notwendige Bedingung für die Messbarkeit von Aufmerksamkeitseffekten. Effekte ließen sich vor allem für hohe Ekzentrizitäten nachweisen. Weiterhin waren nur Cues wirksam, die auch Frequenzinformation enthielten. Dieses spricht für frühe Bahnungsprozesse.
Insgesamt wurden drei wichtige Einflussvariablen erhoben und variiert, aus deren Zusammenspiel sich merkmalsspezifische Aufmerksamkeitseffekte gut vorhersagen lassen.
Beim Fröhlich-Effekt (z.B. Fröhlich, 1922; 1929) handelt es sich um eine Wahrnehmungstäuschung, die auftritt, wenn sich ein visueller Reiz sehr schnell bewegt. Unter diesen Umständen wird der Reiz nicht an seiner tatsächlichen Startposition zum ersten Mal wahrgenommen, sondern an einer späteren Position. Dieses Phänomen kann über selektive Aufmerksamkeitsprozesse erklärt werden (z.B. Neumann & Müsseler, 1990; Müsseler & Aschersleben, 1998). Konkret wird angenommen, daß der auftauchende Reiz eine Aufmerksamkeitsverlagerung in seiner Richtung auslöst, und er erst bewußt wahrgenommen werden kann, wenn diese abgeschlossen ist. Da sich der Reiz während dieser Zeitspanne weiterbewegt hat, wird eine spätere Position fälschlicherweise als Startposition wahrgenommen. Wenn diese Erklärung richtig ist, sollte nicht nur für das Reizmerkmal Bewegung eine Fehlwahrnehmung des Beginns auftreten, sondern für jedes beliebige andere Merkmal, das sich dynamisch verändert. In zwei Experimenten wurde geprüft, ob sich solche Fehlwahrnehmungen tatsächlich nachweisen lassen.
Es wurde untersucht, ob eine Fehlwahrnehmung der Startbreite bzw. der Startfarbe eines Reizes in Richtung der Veränderung auftritt, wenn sich die Breite bzw. die Farbe des Reizes kontinuierlich verändert.
Es konnte sowohl eine Fehlwahrnehmung für Breite als auch für Farbe nachgewiesen werden.
Der Nachweis neuer Wahrnehmungstäuschungen, die direkt aus dem Modell abgeleitet worden waren, stützen den Aufmerksamkeitsansatz weiter.
Aufmerksamkeitswechsel zwischen visuellen Dimensionen benötigen Zeit. Die Stärke dimensionaler Wechselkosten ist davon abhängig, ob Aufmerksamkeitswechsel durch eine Konjunktions- oder eine einfache Merkmalssuche ausgelöst werden. Pollmann et al. (2000) konnten zeigen, daß Dimensionswechsel bei einfacher Merkmalssuche zu einer Aktivierung des linken lateralen frontopolaren Cortex führen. Im Gegensatz dazu, fanden Weidner et al. (im Druck), daß Wechsel einer sekundären visuellen Dimension bei einer Konjunktionssuche zu einer Aktivierung des prägenualen anterioren cingulären Cortex (ACC) führen. Um die differentielle Rolle dieser beiden Areale zu untersuchen, wurden beide Arten von Dimensionswechsel direkt, d.h. innerhalb eines fMRT-Experiments mit denselben Probanden und denselben Zielreizen, verglichen. Die Versuchspersonen führten sowohl eine Konjunktionssuche als auch eine einfache Merkmalssuche durch. In der Konjunktionssuche war ein Zielreiz durch eine eindeutige Kombination von Merkmalen, in der einfachen Merkmalssuche durch einen einfachen Merkmalskontrast definiert. Eine ereigniskorrelierte Auswertung der funktionellen Daten wurde über die verschiedenen experimentellen Bedingungen hinweg durchgeführt. Dabei wurde die Interaktion der Faktoren "Suchaufgabe" (Konjunktionssuche, einfache Merkmalssuche) und "Wechselbedingung" (Wechsel, Nicht-Wechsel) untersucht. Diese Auswertung zeigte eine signifikante Interaktion im prägenualen ACC und eine marginal signifikante Interaktion im linken lateralen frontopolaren Cortex. Signaländerungen in diesen Arealen wurden selektiv für alle Bedingungen extrahiert. Dabei wurden verschiedene Aktivierungsmuster im prägenualen ACC und im frontopolaren Cortex gefunden. Im linken prägenualen ACC führten Wechsel der zielreizdefinierenden Dimension nur bei der Konjunktionssuche zu einer erhöhten Signaländerung im Vergleich zu Nicht-Wechseln. Dimensionswechsel bei der einfachen Merkmalssuche zeigten keine erhöhte Signaländerung im Vergleich zu Nicht-Wechseln. Ein entgegengesetztes Muster wurde im linken lateralen frontopolaren Cortex sichtbar. In der Konjunktionssuche wurde keine unterschiedliche Signaländerung für Dimensionswechsel und Nicht-Wechsel gefunden. Im Gegensatz dazu führten Wechsel der zielreizdefinierenden Dimension bei einfacher Merkmalssuche zu erhöhten Signaländerungen verglichen mit Nicht-Wechseln. Die Muster der Signaländerungen zeigen eine doppelte Dissoziation im präfrontalen Cortex. Während der laterale frontopolare Cortex bei reizgetriebenen Dimensionswechseln (einfache Merkmalssuche) aktiv ist, zeigt der prägenuale ACC eine selektive Beteiligung bei endogen gesteuerten Dimensionswechseln (Konjunktionssuche).
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.
Weidner R., Pollmann S., Müller H.J. & von Cramon D.Y.: Top down controlled visual dimension weighting: An event-related fMRI study. Cerebral Cortex, im Druck.
Die Fokussierung der visuellen Aufmerksamkeit begünstigt die Erkennung einzelner Objekte in einer visuellen Szene auf Kosten anderer Objekte. Untersucht wurde, ob die verbesserte Verarbeitung im Aufmerksamkeitsfokus auf die räumliche Verkleinerung des Fokus zurückzuführen ist oder lediglich auf die Reduktion der relevanten Objektanzahl. Ersteres wäre die Vorhersage raumbasierter Aufmerksamkeitsmodelle (z.B. Zoomlinsenmodell), letzteres die objektbasierter Konzepte. Eine weitere Fragestellung betrifft die Sensitivitätsverteilung im Aufmerksamkeitsfokus: Führt eine top-down-gesteuerte Größeneinstellung des Fokus zu einer Gleichverteilung der Sensitivität im fokussierten Gebiet oder zu einem Sensitivitätsgradienten (z.B. nach außen hin fällt die Sensitivität ab, vgl. Wolfe & O'Neill 1998)?
Für die Dauer einer Fixation wurde jeweils ein Suchbild aus Landoltringen dargeboten. Erhoben wurde die Sensitivität (Az) für die Entdeckung eines Ringes mit einer ausgezeichneten Orientierung. Vor jedem Durchgang wurde die Versuchsperson durch einen zentralen Hinweisreiz aufgefordert, ihren Aufmerksamkeitsfokus auf eine bestimmte räumliche Größe einzustellen. Außerdem variierte die Anzahl der dargebotenen Objekte. Das Experiment wurde unter zwei Bedingungen durchgeführt: Räumliche Unsicherheit (die Positionen der Objekte waren nicht vorhersehbar) und räumliche Sicherheit (die Positionen der Objekte wurden vorher angekündigt). Rein visuelle Einflüsse wurden ausgeschlossen, indem die Objekte mit dem kortikalen Vergrößerungsfaktor skaliert wurden. Mögliche Einflüsse dieser und anderer Rahmenbedingungen wurden mit zwei weiteren Experimenten kontrolliert.
Es ergab sich: (1) Die Sensitivität war nur von der Objektanzahl im Fokus, nicht aber von dessen räumlicher Ausdehnung abhängig. (2) Dies war unter räumlicher Unsicherheit und Sicherheit gleichermaßen der Fall. (3) Die Sensitivität war bei räumlicher Sicherheit nicht größer als bei Unsicherheit. Somit erwiesen sich sämtliche räumliche Hinweisreize als ineffektiv. Die Sensitivitätsverteilungen wiesen große individuelle Unterschiede auf: Während einige Versuchspersonen einen nach außen abfallenden Gradienten hatten, zeigten andere ein umgekehrtes Bild, d.h. sie entdeckten exzentrischere Zielobjekte besser. Hier liegen offensichtlich Strategieunterschiede vor.
Der Aufmerksamkeitsmechanismus, der die Erkennung von Orientierungen bei Landoltringen selektiv verbessert, arbeitet ausschließlich objektbasiert. Ein Zoom-Linsen-Modell oder andere raumbasierte Konzepte sind mit den Daten nicht kompatibel. Es bleibt zu untersuchen, ob sich die Ergebnisse auf andere Aufmerksamkeitsfunktionen (z.B. Erkennung einfacher Merkmale, Konjunktionen mehrerer Merkmale) generalisieren lassen.
Using attention, humans can control to what extent which sensory information is granted access to higher brain areas. Since perception is often the result of a combination of different sensory cues, the question arises whether attention can also change the relative weights of the relevant cues in this sensor fusion process and thus influence the resulting percept. This question was studied on the example of body yaw rotations. The perception of the angle of body rotation is influenced by both visual and vestibular/proprioceptive cues. We measured how subjects reproduced rotations in a cue conflict situation.
Subjects were rotated sitting on a Stewart motion platform with a projection screen (86° x 63°). The visual stimulus was a random-dot starfield providing optic flow information during rotation. The stars had a limited lifetime to prevent subjects from using them as reference points. Active-noise-cancellation headphones were used to prevent an uncontrolled influence of auditory cues. For each trial, first a concurrent rotation (between 7.5° and 18° in 6 steps) of the platform and the visual display was presented. The subjects were then instructed to either return or repeat the presented rotation actively by using a joystick. During their active reproduction of the turn, we applied a gain factor between the visual and vestibular rotation (rotation speeds of the visual movement relative to the platform movement varied between 0.71 and 1.42 in 5 steps). Using these gain factors allowed us to analyze the weights of the two cues in the subjects' responses, and to investigate the influence of the rotation angle and the gain factors on the cue weights. In a second and third experiment, the subjects were additionally instructed to pay attention specifically to the visual movement or to the platform movement.
Subjects were able to reproduce the angles with standard deviations of 5° - 15°, but tended to over-estimate small rotation angles by 1.5°. However, they did not notice that conflicting rotation angles were presented for visual and vestibular cues. In all three experiments subjects used a stronger weight for the visual cue than for the vestibular/proprioceptive cue. In experiment 2 and 3 no significant influence of attention on the perception of the rotations was found. Apparently, in human body rotation perception, the weights in the sensor fusion process can not be voluntarily changed by attention processes.
Experimente zeigen, dass Probanden konsistent und systematisch Fehler machen, wenn sie versuchen, die genaue Position eines Punkt-Zielreizes zu erinnern: Ziele werden zu weit weg von visuellen Landmarken und dem Mittelpunkt zwischen zwei Landmarken erinnert (Werner & Diedrichsen, submitted). Auf Basis der experimentellen Beobachtungen haben wir ein neuronales Netzwerkmodell entwickelt, welches die Verzerrungen in der erinnerten Position des Zielreizes auf ein gemeinsames topographisches Aktivierungsmuster von Zielreiz und Referenzsystem im räumlichen Kurzzeitgedächtnis zurückführt. Verzerrungen werden dabei durch die lokale und nicht-lineare neuronale Verrechnung der Aktivität von Zielreiz und Referenzsystem erklärt.
Unsere Experimente prüfen, ob sich das im Gedächtnis repräsentierte Referenzsystem durch verschiedene Aufmerksamkeitsverteilungen ändern läßt und somit auch das Verzerrungsmuster variiert. In Experiment 1 wurde die visuell-räumliche Aufmerksamkeit für die Landmarken manipuliert, indem der Zielreiz nach einem Behaltensintervall per Mauszeiger entweder relativ zu den Landmarken oder relativ zur absoluten Bildschirmposition eingestellt werden musste. Dabei wurden die Landmarken in 50 % der Durchgänge nach dem Behaltensintervall räumlich verschoben. Die verbleibenden Durchgänge, die zur Auswertung herangezogen wurden, waren visuell und motorisch identisch und unterschieden sich nur darin, ob die Landmarken für die Bearbeitung der Aufgabe beachtet werden mußten oder nicht. In Experiment 2 manipulierten wir die Vorhersagbarkeit des Mauszeigers in der Antwortbedingung, so daß die Startposition des Mauszeigers während der Enkodierung entweder beachtet oder nicht beachtet wurde.
Verzerrungen in der Nähe von Landmarken traten nur dann auf, wenn diese strategisch für die Enkodierung der Zielposition verwendet werden mussten; sie verschwanden, wenn die Landmarken nicht als Referenzpunkte verwendet werden konnten (Exp. 1). Eine vorhersagbare Startposition des Mauszeigers in Experiment 2 führte zu einer ähnlichen Modifikation der Verzerrungsmuster und legt nahe, dass auch nicht-visuelle Referenzpunkte wie die vorhersagbare Position des Mauszeigers Aufmerksamkeit binden und zu Verzerrungen führen. Mit einem einzigen Satz von fünf Modellparametern kann unser theoretisches neuronales Netzwerkmodell den Verlauf der mittleren Verzerrungen sowie den der Antwortvarianzen vorhersagen.
Unsere Experimente und die Modellierung legen nahe, dass räumliche Verzerrungen im Kurzzeitgedächtnis durch das genutzte Referenzsystem entstehen und kritisch von der Aufmerksamkeitsverteilung abhängen.
Humphreys et.al. (1994) zufolge kann dreidimensionale (3D) Information schon relativ frühe visuelle Prozesse beeinflussen. In einer visuellen Suchaufgabe variierten Humphreys et al. die scheinbare Größe von Zylinder-Stimuli dadurch, dass sie diese in "Korridoren" platzierten, die einen Tiefeneindruck hervorriefen. Durch "ferne" Positionierung des großen Target-Zylinders und "nahe" Positionierung der (kleineren) Distraktor-Zylinder wurde der retinale Größenkontrast verstärkt, so dass das Target noch größer erschien (konsistente Bedingung). Entsprechend wurde der Größenkontrast abgeschwächt, wenn das Target "nahe" und die Distraktoren "fern" waren (inkonsistente Bedingung). Diese Modulation der scheinbaren Größe der Stimuli beschleunigte die Such-Reaktionszeiten (RZ) in der konsistenten Bedingung und verlangsamte sie in der inkonsistenten Bedingung - relativ zu einer Kontrollbedingung, in der die scheinbare Größe der Stimuli nicht durch einen 3D-Korridor verändert wurde. Es konnte jedoch kein eindeutiger Beleg dafür erbracht werden, dass die Verarbeitung der scheinbaren Größe wirklich präattentiv erfolgte (insbesondere zeigten sich keine Unterschiede in den Anstiegen der Such-RZ-Funktionen). Ein Nachteil der Untersuchung von Humphreys et al. besteht darin, dass in den 3D-Bedingungen die Zylinder in multiplen Korridoren mit identischer Ausrichtung präsentiert wurden, was ökologisch unmöglich ist. In der hier vorgestellten Untersuchung wurden auch experimentelle Bedingungen realisiert wurde, in denen alle Korridore aus einer zentralen 3D-Perspektive einzusehen waren. Die Such-RZ waren in den Bedingungen am langsamsten, in denen der Hintergrund keine Informationen über die 3D-Positionierung der Stimuli bot. Dagegen erfolgte die Suche schneller, wenn 3D-Informationen ausgenutzt werden konnten. Wenn die Objekte in Korridoren platziert waren, die aus einer einheitlichen zentralen Perspektive einzusehen waren, erfolgte die Suche am effizientesten. Diese Befunde bestätigen die Hypothese von Humphreys et al., dass dreidimensionale Information frühe visuelle Prozesse beeinflusst. Unter ökologisch validen Bedingungen finden sich Hinweise darauf, dass scheinbare Größe präattentiv verarbeitet wird.
Inhibition of Return (IOR, Posner & Cohen, 1984) bezeichnet das Auftreten von Reaktionszeitkosten an Orten, an denen ca. 300-1500 msec vor Erscheinen des Targets ein nicht-prädiktiver Hinweisreiz gezeigt wurde. Im hier vorgestellten Experiment wurden die Top-down-Einflüsse des IOR-Effektes durch Variation der Vorhersagevalidität des Hinweisreizes (Cue) untersucht. Dazu absolvierten zwölf Versuchspersonen zwei Sitzungen. In der Bedingung 1 besaß der Cue keinerlei Vorhersagevalidität (d.h. Cue- und Targetposition stimmten in 50% der Durchgänge überrein), während in der Bedingung 2 der Cue mit einer Wahrscheinlichkeit von 75% die Position des Targets anzeigte. Durch die Ableitung ereigniskorrelierter Potentiale sollten mögliche Zusammenhänge zwischen behavioralen Massen und elektrophysiologischen Prozessen untersucht werden. Die behavioralen Daten in Bedingung 1 zeigen bei kurzen Cue-Target-Intervallen (CTIs von 100-300msek) keine RZ-Unterschiede zwischen den validen und invaliden Durchgängen. Bei langen CTIs (500-700 und 900-1100msek) zeigen sich RZ-Kosten von durchschnittlich 13msek für valide Durchgänge, was als ein Indiz für IOR gewertet wird. In der Bedingung 2 ergeben sich dagegen bei kurzen CTIs in validen Durchgängen signifikante RZ-Vorteile (27msek). Bei langen CTIs tritt jedoch keine Hemmung im Sinne von IOR auf. Die behavioralen Daten zeigen also, daß erwartungsbasierte Prozesse das Auftreten von IOR beeinflussen. Erste Analysen der EKPs in Bedingung 1 zeigen bei langen CTIs in validen Durchgängen eine Erhöhung der Amplitude der P3-Komponente im frontalen Bereich. In Bedingung 2 findet sich bei langen CTIs in validen Durchgängen eine P3-Erhöhung im frontalen, zentralen und parietalen Bereich, während bei kurzen CTIs eine Erhöhung der P3 v.a. im parietalen Bereich festgestellt wurde. Diese EKP-Analysen weisen auf eine Überlagerung von Erleichterungs- und Hemmungsprozessen der Cueing-Effekte. Diese Befunde geben weitere Aufschlüsse über die Anteile attentionaler und motorischer Prozesse bei der Entstehung von IOR.
In einer schnellen Abfolge von Reizen (Darbietungsrate 12 Hz) kommt es zu einem Verarbeitungsdefizit (attentional blink) eines zweiten Zielreizes, wenn dieser kurz nach einem ersten Zielreiz dargeboten wird. Die theoretischen Modellvorstellungen zur Erklärung des attentional blinks postulieren eine aus der zeitlichen Überforderung resultierende Interferenz der Verarbeitung der Zielreize innerhalb einer kapazitätsbegrenzten Stufe. Unter der Annahme eines derartigen Flaschenhalsmodells des attentional blinks sollte es zu einem positiven Zusammenhang zwischen der Verarbeitungsschwierigkeit des ersten Zielreizes und der Ausprägung des Verarbeitungsdefizits für den zweiten Zielreiz kommen. Wir variierten die Verarbeitungsschwierigkeit beider Zielreize (weiße Worte auf grauem Hintergrund) mittels einer dreifach gestuften Kontrastmanipulation. Die Aufgabe der Versuchspersonen bestand darin, die beiden weißen Zielworte in einer Abfolge schwarzer Distraktorworte zu erkennen und sie nach der Reizabfolge anzugeben. Die Erkennung des ersten als auch die Erkennung des zweiten Zielwortes stieg mit zunehmender Kontraststärke des jeweiligen Zielwortes. Entgegen den Erwartungen beeinflußte jedoch weder die Kontrastmanipulation des ersten Zielwortes noch die Kontrastmanipulation des zweiten Zielwortes die Erkennung des jeweils anderen Zielwortes. Die Ergebnisse können als Beleg für die Unabhängigkeit perzeptueller Einflußfaktoren auf den attentional blink angesehen werden. Sie widersprechen somit der Annahme eines Flaschenhalsmodells zur Erklärung des attentional blinks.
`Parallel' visual search and effortless texture segmentation were believed to rely on similar mechanisms until Wolfe (1992) demonstrated that efficient visual search and effortless texture segmentation are not always the same thing. We studied both processes within the same paradigm by presenting search arrays and texture arrays (composed of left- and rightward tilted line elements) while recording event-related brain potentials (ERPs). Participants were instructed to decide whether the arrays contained a target or not. If searching and segmenting rely on similar mechanisms, target and blank trials in search arrays should elicit similar ERP patterns as target and blank trials in texture arrays. The results, however, showed differences in the ERP patterns: The posterior N2 (a component related to automatic stimulus classification) was enlarged for blank compared to target trials, however, only for texture-like stimuli. We conclude that (at least partially) different processes might be involved in searching and segmenting.
Maskierte Primes können zu paradoxen Wirkungen auf motorische Reaktionen führen, wenn man eine kurze Wartezeit zwischen Maske und Zielreiz einfügt (Eimer & Schlaghecken, 1998; Vorberg, 1998): Innerhalb von 100-150 ms kann sich Bahnung durch einen kongruenten Prime in Hemmung verwandeln. Zugrunde liegt vermutlich eine Suppression der durch den maskierten Prime ausgelösten Reaktion. Schlaghecken und Eimer (1997, 2000) berichten, dass sich die Suppression abschwächt oder ausbleibt, wenn die Reize im peripheren Gesichtsfeld erscheinen. Bevor man weitreichende Interpretationen einer Verarbeitungsasymmetrie zentraler und peripherer visueller Reize akzeptiert, sollten einfachere Erklärungen ausgeschlossen sein. Problematisch bei den genannten Untersuchungen ist, dass sie die Hypothese nicht ausschliessen können, dass sich lediglich die zeitliche Dynamik des Priming-Effekts mit zunehmender Exzentrizität verändert. Solche eher quantitativen Wirkungen könnten auf der unterschiedlichen kortikalen Magnifikation peripherer und zentraler Reize beruhen.
Die Versuchspersonen mußten auf die Orientierung eines Pfeilreizes (Zielreiz) durch Tastendruck zu reagieren. Kurz vorher erschien an derselben Stelle ein kleiner metakontrast-maskierter Pfeil (Prime), der orientierungskongruent oder inkongruent zum Zielreiz war. Der Zeitabstand (SOA) zwischen Maske und Zielreiz und die Exzentrizität wurden faktoriell variiert. Experiment 1 kombinierte SOAs zwischen 0 und 300 ms mit verschiedenen Exzentrizitäten. In Experiment 2 wurde zusätzlich die Reizgröße variiert; damit wollten wir prüfen, ob sich die Dynamik des Priming-Effekts durch die Grösse ebenso verändern läßt wie durch die Exzentrizität der Reize.
Alle Versuchspersonen zeigten ein sich umkehrendes Priming, mit zunehmender Exzentrizität scheinbar abnehmend. Detailliertere Analysen zeigten jedoch an allen Reizpositionen dieselbe Verlängerung der Reaktionszeiten in kongruenten Durchgängen; wie erwartet setzt die zu Grunde liegende Suppression in der Peripherie später ein und verläuft gestreckter (Exp. 1). Reiz-Vergrößerung wirkt der verlangsamten Dynamik in der Peripherie entgegen (Exp. 2).
Unsere Ergebnisse sprechen gegen qualitative Verarbeitungsasymmetrien zentraler und peripherer Reize. Mit zunehmender Exzentrizität ändert sich zwar die zeitliche Dynamik der Priming-Umkehr. Da der Effekt reizgrößenabhängig ist, vermuten wir, daß Primes im Gesichtsfeld gleich verarbeitet werden, wenn sie nur kortikal gleich groß repräsentiert sind.