The psychophysics of decision making in a two-direction random dot motion target selection task

La tâche de kinématogramme de points aléatoires est utilisée avec le paradigme de choix forcé entre deux alternatives pour étudier les prises de décisions perceptuelles. Les modèles décisionnels supposent que les indices de mouvement pour les deux alternatives sont encodés dans le cerveau. Ainsi, la différence entre ces deux signaux est accumulée jusqu’à un seuil décisionnel. Cependant, aucune étude à ce jour n’a testé cette hypothèse avec des stimuli contenant des mouvements opposés. Ce mémoire présente les résultats de deux expériences utilisant deux nouveaux stimuli avec des indices de mouvement concurrentiels. Parmi une variété de combinaisons d’indices concurrentiels, la performance des sujets dépend de la différence nette entre les deux signaux opposés. De plus, les sujets obtiennent une performance similaire avec les deux types de stimuli. Ces résultats supportent un modèle décisionnel basé sur l’accumulation des indices de mouvement net et suggèrent que le processus décisionnel peut intégrer les signaux de mouvement à partir d’une grande gamme de directions pour obtenir un percept global de mouvement.

Content and context of monocular regions determine perceived depth in random dot, unpaired background and phantom stereograms

Perceived depth was measured for three-types of stereograms with the colour/texture of half-occluded (monocular) regions either similar to or dissimilar to that of binocular regions or background. In a two-panel random dot stereogram the monocular region was filled with texture either similar or different to the far panel or left blank. In unpaired background stereograms the monocular region either matched the background or was different in colour or texture and in phantom stereograms the monocular region matched the partially occluded object or was a different colour or texture. In all three cases depth was considerably impaired when the monocular texture did not match either the background or the more distant surface. The content and context of monocular regions as well as their position are important in determining their role as occlusion cues and thus in three-dimensional layout. We compare coincidence and accidental view accounts of these effects. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Performance of a new, 3D-monitor based random-dot stereotest for children under 4 years of age

BACKGROUND: The aim of this study was to determine the performance of a new, 3D-monitor based, objective stereotest in children under the age of four. METHODS: Random-dot circles (diameter 10 cm, crossed, disparity of 0.34 degrees) randomly changing their position were presented on an 3D-monitor while eye movements were monitored by infrared photo-oculography. If > or = 3 consecutive stimuli were seen, a positive response was assumed. One hundred thirty-four normal children aged 2 months to 4 years (average 17+/-15.3 months) were examined. RESULTS: Below the age of 12 months, we were not able to obtain a response to the 3D stimulus. For older children the following rates of positive responses were found: 12-18 months 25%, 18-24 months 10%, 24-30 months 16%, 30-36 months 57%, 36-42 months 100%, and 42-48 months 91%. Multiple linear logistic regression showed a significant influence on stimulus recognition of the explanatory variables age (p<0.00001) and child cooperation (p<0.001), but not of gender (p>0.1). CONCLUSIONS: This 3D-monitor based stereotest allows an objective measurement of random-dot stereopsis in younger children. It might open new ways to screen children for visual abnormalities and to study the development of stereovision. However, the current experimental setting does not allow determining random-dot stereopsis in children younger than 12 months.

Mechanisms of perceptual learning of depth discrimination in random dot stereograms.

Perceptual learning is a training induced improvement in performance. Mechanisms underlying the perceptual learning of depth discrimination in dynamic random dot stereograms were examined by assessing stereothresholds as a function of decorrelation. The inflection point of the decorrelation function was defined as the level of decorrelation corresponding to 1.4 times the threshold when decorrelation is 0%. In general, stereothresholds increased with increasing decorrelation. Following training, stereothresholds and standard errors of measurement decreased systematically for all tested decorrelation values. Post training decorrelation functions were reduced by a multiplicative constant (approximately 5), exhibiting changes in stereothresholds without changes in the inflection points. Disparity energy model simulations indicate that a post-training reduction in neuronal noise can sufficiently account for the perceptual learning effects. In two subjects, learning effects were retained over a period of six months, which may have application for training stereo deficient subjects.

Changes in neural complexity during the perception of 3D images using random dot stereograms

One developing theme in consciousness research is that consciousness is not the product of any specific component of the brain, rather it is an emergent property of the changing patterns of connectivity between different specialised functional components. For example, the dynamic core hypothesis proposes that conscious experience requires high levels of neural complexity, where complexity is defined in terms of functional connectivity. To test this hypothesis, electroencephalography was recorded while participants were shown random dot-stereograms. Consistent with the dynamic core hypothesis, neural complexity increased as the participants changed from simply viewing the stereogram to consciously perceiving the hidden 3D image.

A theoretical and experimental dissociation of two models of decision‐making

La prise de décision est un processus computationnel fondamental dans de nombreux aspects du comportement animal. Le modèle le plus souvent rencontré dans les études portant sur la prise de décision est appelé modèle de diffusion. Depuis longtemps, il explique une grande variété de données comportementales et neurophysiologiques dans ce domaine. Cependant, un autre modèle, le modèle d’urgence, explique tout aussi bien ces mêmes données et ce de façon parcimonieuse et davantage encrée sur la théorie. Dans ce travail, nous aborderons tout d’abord les origines et le développement du modèle de diffusion et nous verrons comment il a été établi en tant que cadre de travail pour l’interprétation de la plupart des données expérimentales liées à la prise de décision. Ce faisant, nous relèveront ses points forts afin de le comparer ensuite de manière objective et rigoureuse à des modèles alternatifs. Nous réexaminerons un nombre d’assomptions implicites et explicites faites par ce modèle et nous mettrons alors l’accent sur certains de ses défauts. Cette analyse servira de cadre à notre introduction et notre discussion du modèle d’urgence. Enfin, nous présenterons une expérience dont la méthodologie permet de dissocier les deux modèles, et dont les résultats illustrent les limites empiriques et théoriques du modèle de diffusion et démontrent en revanche clairement la validité du modèle d'urgence. Nous terminerons en discutant l'apport potentiel du modèle d'urgence pour l'étude de certaines pathologies cérébrales, en mettant l'accent sur de nouvelles perspectives de recherche.

Elektrophysiologische Charakterisierung der Neurone im Tectum opticum des Goldfisches hinsichtlich Farbe und Bewegung

Die vorliegende Arbeit verfolgte mehrere Ziele. Die Hauptaufgabe war es, farbsensitive und bewegungssensitive Neurone im Tectum opticum des Goldfisches zu finden und diese hinsichtlich ihres Antwortverhaltens zu charakterisieren. Aus Verhaltensversuchen ist bekannt, dass sowohl das Ganzfeldbewegungssehen als auch das Objektbewegungssehen „farbenblind“ ist, da die Verarbeitung dieser Sehleistungen jeweils nur von einem Zapfentyp getrieben wird. Es sollte untersucht werden, ob sich diese Farbenblindheit auch auf Ebene der tectalen bewegungsempfindlichen Neurone finden lässt. Schließlich sollten die Ableitorte im Tectum opticum kartiert werden, um festzustellen, ob es jeweils bestimmte örtlich abgegrenzte Areale für Farbe einerseits und für Bewegung andererseits gibt.rnDie Aktivität von tectalen Units wurde durch extrazelluläre Ableitungen registriert. Um farbspezifische Neurone zu identifizieren und zu charakterisieren, wurden 21 verschiedene Farbpapiere (HKS-Standard) aus dem gesamten Farbenkreis (ausgenommen UV) präsentiert. Auf jedes Farbpapier folgte ein neutrales Graupapier. Des Weiteren wurde eine Schwarz-Weiß-Grau-Sequenz gezeigt, um das Antwortverhalten der Units auf Helligkeitswechsel zu prüfen. Jeder Stimulus wurde für fünf Sekunden präsentiert und die gesamte Stimulussequenz wurde mindestens dreimal wiederholt. Zur Identifizierung bewegungssensitiver Neurone wurde ein sich exzentrisch bewegendes schwarz-weißes Zufallspunktmuster präsentiert. Um die „Farbenblindheit“ des Bewegungssehens zu testen, wurden zwei rot-grüne Zufallspunktmuster präsentiert, die den L-Zapfen des Goldfisches unterschiedlich stark modulierten. Den meisten Units wurden sowohl die Farb- als auch die Bewegungsstimuli gezeigt.rnEs konnten 69 Units abgeleitet werden. Von diesen antworteten 34 sowohl auf Farbstimuli als auch auf Helligkeitsreize, 19 Units reagierten ausschließlich auf Farbstimuli, 15 Units zeigten sich nur für den Bewegungsstimulus sensitiv und zwei Units beantworteten ausschließlich Helligkeitswechsel. Die farbempfindlichen Units konnten in 14 Gruppen eingeteilt werden: sechs Gruppen im Rotbereich (22 Units), fünf Gruppen im Blau-Grünbereich (21 Units), eine Gruppe im Gelbbereich (zwei Units), eine Gruppe, die alle Farbstimuli mit Erhöhung der Aktivität (sechs Units) und eine Gruppe, die alle Farbstimuli mit Erniedrigung der Aktivität (eine Unit) beantwortete. Es wurden zwei Arten von Gegenfarbzellen gefunden: Rot-ON/Blau-und-Grün-OFF (12 Units) und Rot-OFF/Blau-und-Grün-ON (sieben Units). Es wurden verschiedene zeitliche Antwortmuster gefunden. Während einige Units nur Reizwechsel beantworteten, zeigten die meisten Units ein tonisches Antwortverhalten. Manche Units beantworteten jeden Stimuluswechsel phasisch und darüber hinaus bestimmte Stimuli tonisch. Die meisten tectalen Neurone zeigten eine Grundaktivität. Alle Units, denen sowohl der Farb- als auch der Bewegungsstimulus gezeigt wurden, antworteten nur auf eine Stimulusart. rnDiese Ergebnisse lassen folgende Schlüsse zu: Die Verarbeitung von Farbe und Bewegung im Tectum opticum des Goldfischs wird über zwei unterschiedlichen Verarbeitungswegen geleistet, da alle Units entweder auf Farb- oder auf Bewegungsstimuli antworten. Das Bewegungssehen wird im Goldfisch durch nur einen Zapfentyp (M- oder L-Zapfen) vermittelt und ist somit “farbenblind”, da alle bewegungssensitiven Units die Aktivität einstellten, wenn der Stimulus nur noch einen Zapfentyp modulierte. Es scheint spezifische Areale für „Farbe“ und „Bewegung“ im Tectum opticum des Goldfisches zu geben, da bewegungssensitive Units bevorzugt im posterio-medialen Bereich in einer Tiefe zwischen 200-400 µm gefunden und farbspezifische Units vor allem im anterio-medialen Bereich entdeckt wurden.

Psilocybin impairs high-level but not low-level motion perception

The hallucinogenic serotonin(IA&2A) agonist psilocybin is known for its ability to induce illusions of motion in otherwise stationary objects or textured surfaces. This study investigated the effect of psilocybin on local and global motion processing in nine human volunteers. Using a forced choice direction of motion discrimination task we show that psilocybin selectively impairs coherence sensitivity for random dot patterns, likely mediated by high-level global motion detectors, but not contrast sensitivity for drifting gratings, believed to be mediated by low-level detectors. These results are in line with those observed within schizophrenic populations and are discussed in respect to the proposition that psilocybin may provide a model to investigate clinical psychosis and the pharmacological underpinnings of visual perception in normal populations.

Optic flow in human vision: MEG reveals a foveo-fugal bias in V1, specialization for spiral space in hMSTs, and global motion sensitivity in the IPS

Abstract We recorded MEG responses from 17 participants viewing random-dot patterns simulating global optic flow components (expansion, contraction, rotation, deformation, and translation) and a random motion control condition. Theta-band (3–7 Hz), MEG signal power was greater for expansion than the other optic flow components in a region concentrated along the calcarine sulcus, indicating an ecologically valid, foveo-fugal bias for unidirectional motion sensors in V1. When the responses to the optic flow components were combined, a decrease in MEG beta-band (17–23 Hz) power was found in regions extending beyond the calcarine sulcus to the posterior parietal lobe (inferior to IPS), indicating the importance of structured motion in this region. However, only one cortical area, within or near the V5/hMT+ complex, responded to all three spiral-space components (expansion, contraction, and rotation) and showed no selectivity for global translation or deformation: we term this area hMSTs. This is the first demonstration of an exclusive region for spiral space in the human brain and suggests a functional role better suited to preliminary analysis of ego-motion than surface pose, which would involve deformation. We also observed that the rotation condition activated the cerebellum, suggesting its involvement in visually mediated control of postural adjustment.

Spiral mechanisms are required to account for summation of complex motion components

Stimuli from one family of complex motions are defined by their spiral pitch, where cardinal axes represent signed expansion and rotation. Intermediate spirals are represented by intermediate pitches. It is well established that vision contains mechanisms that sum over space and direction to detect these stimuli (Morrone et al., Nature 376 (1995) 507) and one possibility is that four cardinal mechanisms encode the entire family. We extended earlier work (Meese & Harris, Vision Research 41 (2001) 1901) using subthreshold summation of random dot kinematograms and a two-interval forced choice technique to investigate this possibility. In our main experiments, the spiral pitch of one component was fixed and that of another was varied in steps of 15° relative to the first. Regardless of whether the fixed component was aligned with cardinal axes or an intermediate spiral, summation to-coherence-threshold between the two components declined as a function of their difference in spiral pitch. Similar experiments showed that none of the following were critical design features or stimulus parameters for our results: superposition of signal dots, limited life-time dots, the presence of speed gradients, stimulus size or the number of dots. A simplex algorithm was used to fit models containing mechanisms spaced at a pitch of either 90° (cardinal model) or 45° (cardinal+model) and combined using a fourth-root summation rule. For both models, direction half-bandwidth was equated for all mechanisms and was the only free parameter. Only the cardinal+model could account for the full set of results. We conclude that the detection of complex motion in human vision requires both cardinal and spiral mechanisms with a half-bandwidth of approximately 46°. © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Broad direction bandwidths for complex motion mechanisms

Growing evidence from psychophysics and single-unit recordings suggests specialised mechanisms in the primate visual system for the detection of complex motion patterns such as expansion and rotation. Here we used a subthreshold summation technique to determine the direction tuning functions of the detecting mechanisms. We measured thresholds for discriminating noise and signal + noise for pairs of superimposed complex motion patterns (signal A and B) carried by random-dot stimuli in a circular 5° field. For expansion, rotation, deformation and translation we found broad tuning functions approximated by cos(d), where d is the difference in dot directions for signal A and B. These data were well described by models in which either: (a) cardinal mechanisms had direction bandwidths (half-widths) of around 60° or (b) the number of mechanisms was increased and their half-width was reduced to about 40°. When d = 180° we found summation to be greater than probability summation for expansion, rotation and translation, consistent with the idea that mechanisms for these stimuli are constructed from subunits responsive to relative motion. For deformation, however, we found sensitivity declined when d = 180°, suggesting antagonistic input from directional subunits in the deformation mechanism. This is a necessary property for a mechanism whose job is to extract the deformation component from the optic flow field. © 2001 Elsevier Science Ltd.

L’intégration de la prise de décision visuo-motrice et d’action motrice dans des conditions ambiguës

La prise de décision est un mécanisme qui fait intervenir les structures neuronales supérieures afin d’effectuer un lien entre la perception du signal et l’action. Plusieurs travaux qui cherchent à comprendre les mécanismes de la prise de décision sont menés à divers ni- veaux allant de l’analyse comportementale cognitive jusqu'à la modélisation computationnelle. Le but de ce projet a été d’évaluer d’un instant à l’autre comment la variabilité du signal observé («bruit»), influence la capacité des sujets humains à détecter la direction du mouvement dans un stimulus visuel. Dans ces travaux, nous avons éliminé l’une des sources potentielles de variabilité, la variabilité d’une image à l’autre, dans le nombre de points qui portaient les trois signaux de mouvements cohérents (gauche, droite, et aléatoire) dans les stimuli de Kinématogramme de points aléatoires (KPA), c’est-à-dire la variabilité d’origine périphérique. Les stimuli KPA de type « V6 » étaient des stimuli KPA standard avec une variabilité instantanée du signal, et par contre les stimuli KPA de type « V8 », étaient modifiés pour éliminer la variabilité stochastique due à la variabilité du nombre de pixels d’un instant à l’autre qui portent le signal cohérent. Si la performance des sujets, qui correspond à leur temps de réaction et au nombre de bonnes réponses, diffère en réponse aux stimuli dont le nombre de points en mouvement cohérent varie (V6) ou ne varie pas (V8), ceci serait une preuve que la variabilité d’origine périphérique modulerait le processus décisionnel. Par contre, si la performance des sujets ne diffère pas entre ces deux types de stimuli, ceci serait une preuve que la source majeure de variabilité de performance est d’origine centrale. Dans nos résultats nous avons constaté que le temps de réaction et le nombre de bonnes réponses sont modulés par la preuve nette du mouvement cohérent. De plus on a pu établir qu’en éliminant la variabilité d’origine périphérique définit ci-dessus, on n’observe pas réellement de modification dans les enregistrements. Ce qui nous à amené à penser qu’il n y a pas de distinction claire entre la distribution des erreurs et les bonnes réponses effectuées pour chacun des essais entre les deux stimuli que nous avons utilisé : V6 et V8. C’est donc après avoir mesuré la « quantité d’énergie » que nous avons proposé que la variabilité observée dans les résultats serait probablement d’origine centrale.

Dissociation between the impact of evidence on eye movement target choice and confidence judgements

It has been suggested that the evidence used to support a decision to move our eyes and the confidence we have in that decision are derived from a common source. Alternatively, confidence may be based on further post-decisional processes. In three experiments we examined this. In Experiment 1, participants chose between two targets on the basis of varying levels of evidence (i.e., the direction of motion coherence in a Random-Dot-Kinematogram). They indicated this choice by making a saccade to one of two targets and then indicated their confidence. Saccade trajectory deviation was taken as a measure of the inhibition of the non-selected target. We found that as evidence increased so did confidence and deviations of saccade trajectory away from the non-selected target. However, a correlational analysis suggested they were not related. In Experiment 2 an option to opt-out of the choice was offered on some trials if choice proved too difficult. In this way we isolated trials on which confidence in target selection was high (i.e., when the option to opt-out was available but not taken). Again saccade trajectory deviations were found not to differ in relation to confidence. In Experiment 3 we directly manipulated confidence, such that participants had high or low task confidence. They showed no differences in saccade trajectory deviations. These results support post-decisional accounts of confidence: evidence supporting the decision to move the eyes is reflected in saccade control, but the confidence that we have in that choice is subject to further post-decisional processes.