Del 1: Transsakkadisk integrasjon er avhengig av en begrenset minneressurs

for mer informasjon:ali.ma@wecistanche.com

Vennligst klikk her til del 2

Klikk for åcistanche fordeler og bivirkninger for hukommelsen

Sakadiske øyebevegelser forårsaker storskala transformasjoner av bildet som faller på netthinnen. I stedet for å starte visuell prosessering på nytt etter hver sakkade, kombinerer det visuelle systemet post-sakkadisk informasjon med visuelle input fra før sakkaden. Det er avgjørende at det relative bidraget til hver informasjonskilde vektes i henhold til dens presisjon, i samsvar med prinsippene for optimal integrasjon. Vi begrunnet at hvis pre-sakkadisk input opprettholdes i en ressursbegrenset butikk, for eksempel visuelt arbeidhukommelse, vil presisjonen avhenge av antall varer som er lagret, samt deres oppmerksomhetsprioritet. Observatører estimerte fargen på stimuli som endret seg umerkelig under en saccade, og vi undersøkte hvor rapporter falt på kontinuumet mellom pre- og post-sakkadiske verdier. Bias mot den post-sakkadiske fargen økte med den angitte størrelsen på den pre-sakkadiske visningen, i samsvar med en økt vekting av den post-sakkadiske inngangen ettersom presisjonen til den pre-sakkadiske representasjonen avtok. I et andre eksperiment undersøkte vi om transsakkadiskhukommelseressurser er fortrinnsvis allokert til oppmerksomhetsprioriterte poster. En pilpeker indikerte at det var mer sannsynlig at ett element før sakkadisk ble valgt for rapporten. Som forutsagt økte gyldige signaler responspresisjonen og partiske responser mot den pre-sakkadiske fargen. Vi konkluderer med at transsakkadisk integrasjon er avhengig av en begrensethukommelseressurs som er fleksibelt fordelt mellom pre-sakkadiske stimuli.

Fordi menneskelig synsstyrke er høyest i fovea og avtar som en funksjon av eksentrisitet, beveger vi ofte øynene våre for å bringe objekter av interesse inn i fovealt syn med høy skarphet (Yarbus, 1967). Men retter blikket mot ett sted

betyr nødvendigvis å trekke det fra andre. For å støtte detaljert og stabil sceneoppfatning på tvers av øyebevegelse-induserte forskyvninger, har det blitt foreslått at informasjon fra tidligere fikseringer kan brukes til å supplere gjeldende foveal input i en prosess kjent som transsakkadisk integrasjon (Irwin & Andrews, 1996).

Fordi transsakkadisk integrasjon er avhengig av informasjon fra nær fortid for å lette ytelsen i nåtiden, er en intuitiv hypotese at visuelt arbeidhukommelsebidrar til prosessen (Aagten-Murphy & Bays, 2019; Irwin, 1991; Prime, Vesia, & Crawford, 2011). Arbeidsminne refererer til korttidslagring som er i stand til å opprettholde en begrenset mengde informasjon i en aktiv tilstand for å gjøre den tilgjengelig for kognitiv prosessering (Baddeley & Hitch, 1974). Ideen om at visuelt arbeidsminne også kan støtte perseptuelle prosesser er ikke ny, siden den allerede har vært involvert i å løse tvetydig persepsjon (Kang, Hong, Blake, & Woodman, 2011; Scocchia, Valsecchi, Gegenfurtner, & Triesch, 2013) , visuelt søk (Desimone & Duncan, 1995) og sekvensielle stimulusskjevheter (Bliss, Sun, & D'Esposito, 2017; Fritsche, Mostert, & de Lange, 2017).

Pre-sakkadisk objektinformasjon opprettholdt i arbeidhukommelsekunne – med passende transformasjoner for å redegjøre for netthinneforskyvningen indusert av saccaden (Bays & Husain, 2007; Bridgeman, Van der Heijden, & Velichkovsky, 1994; Burr & Morrone, 2011) – tjene som en ekstra kilde til informasjon for å forbedre posten -sakkadisk oppfatning. Tidligere forskning dvs. som et vektet gjennomsnitt tar hensyn til den relative påliteligheten til hver input (Oostwoud Wijdenes, Marshall, & Bays, 2015). Ved å beregne gjennomsnittet av uavhengig støy, kan den resulterende integrerte oppfatningen vise større presisjon enn hver kilde alene (Ganmor, Landy, & Simoncelli, 2015; Wolf & Schutz, 2015).

Til tross for sin intuitivitet, direkte bevis for involvering av visuelt arbeidhukommelsei transsakkadisk integrasjon er sparsom. Flere studier har undersøkt effekten av intervenerende sakkader på arbeidsminneoppgaver. Prime, Tsotsos, Keith og Crawford (2007) observerte ingen forskjell i en endringsdiskrimineringsoppgave mellom forhold der blikkposisjonen ble opprettholdt eller endret mellom påfølgende stimuluspresentasjoner, noe som tyder på at sakkader i seg selv verken svekker driften av visuell arbeid.hukommelseheller ikke erstatte den med en egen transsakkadisk butikk. Imidlertid to studier som bruker metoder sensitive forhukommelsepresisjon (Melcher & Piazza, 2011; Schut, Van der Stoep, Postma, & Van der Stigchel, 2017; Shao et al., 2010) fant ut at det å lage en sakkade til en visuell gjenstand som var irrelevant forhukommelseoppgave svekket påfølgende tilbakekallingspresisjon for minnearrayet, med en ytelsesreduksjon som tilsvarer å øke den angitte størrelsen på arbeidsminneinnholdet med ett element (Schut et al., 2017). Dette antyder at tildelingen av minneressurser til sakkademålet er obligatorisk.

transsakkadisk integrasjon, men er også forenlig med bruk av visuell arbeidhukommelsefor å lette andre perseptuelle eller kognitive prosesser, for eksempel for å lette visuelt søk (Oh & Kim, 2004; Woodman & Luck, 2004) eller oppmerksomhetsskifter etter sakkaden (Hollingworth & Matsukura, 2019).

Til dags dato, det mest direkte beviset som støtter involvering av arbeidhukommelsei transsakkadisk integrasjon kommer fra en studie av Stewart og Schütz (2018). Som i tidligere studier, observerte disse forfatterne transsakkadiske ytelsesfordeler i estimeringen av en enkelt stimulus som var nær spådommene basert på optimal integrasjon av pre- og post-sakkadisk input. Men når de plasserte den samme oppgaven innenfor vedlikeholdsperioden for en typisk ett-element visuell arbeidhukommelseoppgave, fant de ingen signifikant ytelsesfordel i forhold til det beste individuelle synet på stimulus (pre-eller post-sakkadisk). Med andre ord, innføring av en visuell arbeidsminnebelastning avskaffet bevisene for transsakkadisk integrasjon. Selv om dette resultatet tyder sterkt på tilgjengeligheten av arbeidhukommelseer viktig for å oppnå fordelene ved integrering, gjør tooppgavedesignet dens nøyaktige rolle usikker. I tillegg er funnet at en minnebelastning på ett element nesten fullstendig opphevet transsakkadisk integrasjon, gitt det omfattende beviset på at flere elementer kan opprettholdes samtidig i arbeidhukommelse(se også Melcher, 2009; Melcher & Fracasso, 2012 for bevis på at andre transsakkadiske effekter har kapasiteter større enn én).

En av de definerende egenskapene til visuelt arbeidhukommelseer at informasjonen den kan inneholde er svært begrenset (Alvarez & Cavanagh, 2004; Cowan, 1998; Luck & Vogel, 1997). I analoge rapportoppgaver manifesterer denne grensen seg som en nedgang i gjenkallingstrohet ettersom antall elementer i minnet øker (Ma, Husain, & Bays, 2014; Schneegans, Taylor, & Bays, 2020; van den Berg, Shin, Chou, George , & Ma, 2012; Zhang & Luck, 2008). I tillegg jobberhukommelseallokering er fleksibel, så ressurser kan fortrinnsvis rettes mot bestemte elementer basert på atferdsprioritet (Bays, 2014; Bays & Husain, 2008; Oberauer & Lin, 2017; Schmidt, Vogel, Woodman, & Luck, 2002; Yoo, Klyszejko, Curtis , & Ma, 2018). I denne studien undersøkte vi hvordan fordelingen av arbeidhukommelsetil pre-sakkadiske gjenstander påvirker transsakkadisk integrasjon. For å få et sensitivt og gradert anslag på arbeidethukommelseallokering brukte vi den relative vektingen av pre- og post-sakkadisk input i estimeringen av en vares farge som vårt viktigste ytelsesmål. Basert på tidligere studier (Ganmor, Landy, & Simoncelli, 2015; Oostwoud Wijdenes et al., 2015; Wolf & Schutz, 2015), forventet vi at denne vektingen skulle gjenspeile den relative påliteligheten til pre- og post-sakkadisk informasjon.

Eksperiment 1:

Her undersøkte vi om transsakkadisk integrasjon avhenger av en begrenset ressurs ved å manipulere pre-sakkadisk settstørrelse. Hvis rollen som visuell arbeidhukommelsei transsakkadisk integrasjon er å lagre pre-sakkadisk input, forventer vi at kvaliteten på informasjonen som er tilgjengelig for integrasjon vil reduseres etter hvert som antall elementer i det pre-sakkadiske bildet øker. For å teste denne spådommen presenterte vi observatører med en til fire fargede disker i deres perifere syn før de ba dem om å utføre en horisontal sakkade forbi stimulusarrayen. Under sakkaden forsvant alle unntatt én av skivene, og fargen på den gjenværende skiven endret seg litt. Deltakerne ble bedt om å rapportere fargen på denne disken, og vi brukte fordelingen av svarene deres i forhold til pre- og post-sakkadiske farger for å vurdere vekten som ble tildelt hver inngang. Fordi fargeendringen var liten og skjedde mens øyet beveget seg, forventet vi at deltakerne stort sett var uvitende om det. Vi testet denne antakelsen i en strukturert debriefing etter eksperimentet.

Metoder

Deltakere

Fjorten deltakere (9 kvinner) i alderen 20 til 35 år (gjennomsnittlig=24.7) deltok i eksperiment 1.

Figur 1. Eksempel på prøvesekvens i eksperiment 1 (ikke i skala), for et forsøk med settstørrelse tre. Stiplede røde sirkler representerer blikkfikseringer. Den stiplede røde pilen representerer saccade-vektoren. Stimulusen endret seg så snart blikket krysset den vertikale midtlinjen på skjermen. Fargeendringen er overdrevet for illustrative formål.

Deltakerne rapporterte normal eller korrigert til normal synsskarphet. Normalt fargesyn ble sikret ved en screeningtest (Ishihara, 1972) utført før studien. Deltakerne var naive med hensyn til formålet med eksperimentet og kompenserte med en betaling på £10/time. Eksperimentene ble godkjent av Cambridge Psychology Research Ethics Committee.

Informert samtykke ble innhentet i samsvar med Helsinki-erklæringen.

Apparater og stimuli

Stimuli ble presentert på en 27-tommers Asus ROG PG279Q-skjerm (144 Hz oppdateringsfrekvens, 2560 × 1440 piksler, ULMB-modus og overklokking deaktivert)

i en visningsavstand på 60 cm. Bakgrunnen på skjermen var svart (0,3 cd/m2) gjennom hele forsøket. Øyeposisjon ble sporet online ved hjelp av en bordmontert EyeLink 1000 (SR Research). Stimulusgenerering og presentasjon ble implementert i Matlab ved bruk av Psychophysics Toolbox (Kleiner, Brainard, & Pelli, 2007). Egendefinert kode brukte PC-brikkesettets High Precision Event Timer for å synkronisere skjermen og øyesporingen, som ble samplet asynkront ved 1000 Hz. Vi målte en gjennomsnittlig inngangsforsinkelse (definert som intervallet mellom en programvareforespørsel om å oppdatere skjermen og 90 prosent av den ønskede luminansendringen fullført) på omtrent 11 ms, i samsvar med tidligere rapporterte verdier for denne skjermen (Fabius, Fracasso, Nijboer, & Van der Stigchel, 2019; Zhang et al., 2018).

Design og fremgangsmåte

Prøvesekvensen er illustrert i figur 1. Hvert forsøk begynte med presentasjonen av en grå fikseringsprikk (diameter 0,5 graders synsvinkel, 71,3 cd/m2) mot en jevn svart bakgrunn (0 .3 cd/m2). Avhengig av saccade-retningen, dukket fikseringsprikken ut 6 grader til enten venstre eller høyre for skjermsenteret. Fire bokstaver (A, B, C og D) ble presentert på de mulige stimulusstedene, plassert på en tenkt sirkel med 4 graders radius sentrert på fikseringspunktet, i vinkelposisjoner (–60 grader, –20 grader, pluss 20 grader , og pluss 60 grader) hvor

0 grader er i horisontal retning mot midten av skjermen. Etter at fikseringen ble opprettholdt innenfor 2 grader fra fikseringspunktet i en periode på

500 ms dukket en andre prikk (sakkademålet) opp ved en horisontal forskyvning (og dermed nødvendig sakkadeamplitude) på 12 grader fra det første fikseringspunktet. Dette punktet indikerte stedet observatørene måtte reise til når de mottok signalet. Merk at det ikke var mulig å arrangere de fire stimulusstedene til å være samtidig like langt fra både de pre-sakkadiske og post-sakkadiske fikseringspunktene. Vi valgte å gjøre alle fire posisjonene like langt fra pre-sakkadisk fiksering, med det resultat at A- og D-posisjonene var lenger fra det post-sakkadiske fikseringspunktet enn B og C (10,0 grader vs.

Etter 500 ms med ytterligere fiksering, ble bokstavene erstattet med én, to, tre eller fire fargede disker (1 grad i diameter). Farger ble trukket tilfeldig fra en sirkel i CIELAB-rommet (L=74, opprinnelse ved a=b=0, radius 40). For settstørrelser en til tre ble ubesatte posisjoner valgt tilfeldig, motvekt på tvers av forsøk og fylt med grå plassholderprikker (0,3 grader i diameter) for å redusere romlig usikkerhet. Denne pre-sakkadiske skjermen ble presentert i 1000 ms. Etter ytterligere 1000 ms forsvant den opprinnelige fikseringsprikken og et pip ble spilt samtidig,

oppfordre deltakeren til å gjøre en øyebevegelse til sakkademålet så raskt som mulig.

Når blikket krysset den vertikale midtlinjen på skjermen, ble alle unntatt én av de pre-sakkadiske elementene (plassering motvekt på tvers av forsøk) erstattet av plassholderprikker. Fargen på gjenværende (dvs. post-sakkadisk) gjenstand forskjøvet enten med klokken (CW) eller mot klokken (CCW) med 25 grader på fargesirkelen. Retningen til dette skiftet ble valgt tilfeldig. Det post-sakkadiske elementet ble vist til 300 ms etter at saccade-forskyvningen ble oppdaget av øyesporingsprogramvaren.

post-sakkadisk gjenstand, et fargehjul (5 grader i diameter; tilfeldig rotert) dukket opp rundt den post-sakkadiske fikseringsprikken. En bokstav som angir posisjonen til post-sakkadisk gjenstand ble vist i midten av hjulet. Deltakerne ble bedt om å klikke fargen på hjulet som best matchet den huskede fargen på elementet angitt med bokstaven. Bokstavene ble brukt som en ikke-maskerende pekepinn for å indikere hvilket element som skulle rapporteres; Selv om bokstaven alltid indikerte gjenstanden som forble synlig etter sakkaden, viste pilottesting at deltakerne ofte var uvitende om at en av gjenstandene ble vist lenger enn fargehjulet, ble den sentrale bokstavsignalet erstattet med en disk (1 grad i diameter) ) som indikerte fargen under gjeldende museposisjon. Etter at et svar ble registrert, ble hjulet erstattet av den pre-sakkadiske fikseringsprikken, noe som startet neste forsøk.

2 grader fra den pre-sakkadiske fikseringsprikken når som helst før saccaden, hvis en saccade ikke hadde blitt påbegynt innen 500 ms etter forsvinningen av den pre-sakkadiske fikseringsprikken, hvis saccaden landet lenger enn

2,5 grader fra den post-sakkadiske fikseringsprikken, hvis saccaden tok lengre tid enn 150 ms, eller hvis det ble rapportert et blink før fargehjulet dukket opp. Når en prøveperiode ble avbrutt, ble det vist en tilbakemeldingsmelding for

2 sekunder i skjermsenteret og en utprøving av samme eksperimentelle tilstand ble lagt til på slutten av blokken.

Observatører fullførte 480 vellykkede forsøk fordelt på fire blokker med 120 forsøk hver. Innenfor hver blokk ble den angitte størrelsen og plasseringen til det rapporterte elementet tilfeldig sammenflettet. Hver økt startet med en øvelsesblokk der deltakerne ble trent på øyebevegelseskomponenten i eksperimentet. I denne øvingsoppgaven ble fargerapporten erstattet av tilbakemelding på om sakkaden hadde oppfylt alle eksperimentelle krav. Feilmeldinger ble forklart muntlig av eksperimentatoren når de ble utløst. Øvelsen fortsatte til deltakerne var trygge på det okulomotoriske aspektet av oppgaven.

Analyse

De primære målene av interesse var skjevheten og spredningen av fargeresponser i forhold til den pre- og post-sakkadiske fargen til det undersøkte elementet. Vi estimerte disse som henholdsvis sirkulært gjennomsnitt og sirkulært standardavvik (SD). For dette formålet roterte og reflekterte vi de rapporterte fargeverdiene, slik at 0 grader som tilsvarer den pre-sakkadiske fargen og positive verdier var i retning av den post-sakkadiske fargen.

Fordi svar ble reflektert på halvparten av forsøkene, ble en eventuell generell CW- eller CCW-responsskjevhet motvirket og kunne ikke ha påvirket beregningen av det sirkulære gjennomsnittet; Imidlertid vil en slik reaksjonsskjevhet ha en tendens til å blåse opp estimater av

rundskriv SD. For å løse dette, etter å ha rotert svarene, men før vi reflekterte dem for å gjøre den post-sakkadiske fargen positiv (som beskrevet ovenfor), trakk vi den generelle responsbias for hver deltaker, beregnet som sirkulært gjennomsnitt over forsøk. Denne operasjonen ble brukt kun ved estimering av sirkulær SD, men merk at den ikke ville ha noen effekt på estimater av det sirkulære gjennomsnittet.

Statistiske tester av hypoteser ble utført ved bruk av Bayesianske ANOVA og Bayesianske t-tester i JASP (JASP Team, 2020) med standard priors. Resultatene er med en BF10 på fem indikerer at bevisstyrken for en forskjell er fem ganger større enn bevisstyrken for ingen forskjell. Omvendt indikerer en BF01 på fem samme styrke av bevis som ikke favoriserer noen forskjell.