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.

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.

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.

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.

La stéréoperception chez les enfants microstrabiques

La stéréopsie est souvent présente, bien qu’altérée, chez les sujets microstrabiques. Cependant, leur seuil de stéréopsie serait différent selon que le test utilisé contient (stéréopsie locale) ou non (stéréopsie globale) des contours définis. Peu d’études ont évalué empiriquement la différence de performance selon le type de tests utilisé. Le premier article est une étude rétrospective de 26 enfants microstrabiques. La majorité des enfants (73 %) possédaient un seuil de stéréopsie locale normal ou légèrement inférieur à la normale. Une absence de stéréopsie locale a été observée chez les 7 autres enfants (27 %). Aucune stéréopsie globale n’était mesurable chez 25 des 26 enfants étudiés. La stéréopsie locale est donc présente chez les enfants microstrabiques, mais ceux-ci montrent généralement une absence de stéréoperception globale. La seconde étude avait pour objectif d'étudier le rôle du scotome de suppression dans la perception stéréoscopique de sujets microstrabiques. Trois tâches psychophysiques de stéréopsie locale et globale ont été effectuées chez 9 enfants microstrabiques et 9 enfants contrôles appariés, en utilisant deux grandeurs de cible (4° et 12°). Aucune amélioration des performances n’a été notée chez les sujets microstrabiques pour la tâche de stéréopsie locale, mais les seuils de stéréopsie globale étaient inférieurs avec la cible de 12°. La zone de suppression semble jouer un rôle dans le déficit de stéréopsie globale des sujets microstrabiques. Le scotome de suppression pourrait être partiellement responsable du déficit stéréoscopique puisque même avec l’augmentation de la taille angulaire des stimuli stéréoscopiques, la stéréoperception des microstrabiques demeurent inférieure à celle des sujets normaux.

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.

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.

Reverse correlation reveals how observers sample visual information when estimating three-dimensional shape

Human observers exhibit large systematic distance-dependent biases when estimating the three-dimensional (3D) shape of objects defined by binocular image disparities. This has led some to question the utility of disparity as a cue to 3D shape and whether accurate estimation of 3D shape is at all possible. Others have argued that accurate perception is possible, but only with large continuous perspective transformations of an object. Using a stimulus that is known to elicit large distance-dependent perceptual bias (random dot stereograms of elliptical cylinders) we show that contrary to these findings the simple adoption of a more naturalistic viewing angle completely eliminates this bias. Using behavioural psychophysics, coupled with a novel surface-based reverse correlation methodology, we show that it is binocular edge and contour information that allows for accurate and precise perception and that observers actively exploit and sample this information when it is available.

Effects of age and optical blur on real depth stereoacuity

Stereoscopic depth perception utilizes the disparity cues between the images that fall on the retinae of the two eyes. The purpose of this study was to determine what role aging and optical blur play in stereoscopic disparity sensitivity for real depth stimuli. Forty-six volunteers were tested ranging in age from 15 to 60 years. Crossed and uncrossed disparity thresholds were measured using white light under conditions of best optical correction. The uncrossed disparity thresholds were also measured with optical blur (from +1.0D to +5.0D added to the best correction). Stereothresholds were measured using the Frisby Stereo Test, which utilizes a four-alternative forced-choice staircase procedure. The threshold disparities measured for young adults were frequently lower than 10 arcsec, a value considerably lower than the clinical estimates commonly obtained using Random Dot Stereograms (20 arcsec) or Titmus Fly Test (40 arcsec) tests. Contrary to previous reports, disparity thresholds increased between the ages of 31 and 45 years. This finding should be taken into account in clinical evaluation of visual function of older patients. Optical blur degrades visual acuity and stereoacuity similarly under white-light conditions, indicating that both functions are affected proportionally by optical defocus.

Untersuchungen zum Sehen von bewegten Objekten beim Goldfisch (Carassius auratus)

In der vorliegenden Arbeit wurde das Objektbewegungssehen des Goldfischs betrachtet. Zuerst musste eine geeignete Methode gefunden werden, diese Form der Bewegungswahrnehmung untersuchen zu können, da bisherige Experimente zum Bewegungssehen beim Goldfisch ausschließlich mit Hilfe der optomotorischen Folgereaktion gemacht wurden. Anschließend sollte die Frage geklärt werden, ob das Objektbewegungssehen genau wie das Bewegungssehen einer Großfeldbewegung farbenblind ist und welcher Zapfentyp daran beteiligt ist. Die Verwendung eines Zufallpunktmusters zur Dressur auf ein bewegtes Objekt hat sich als äußert erfolgreich herausgestellt. Diese Methode hat den Vorteil, dass sich die Versuchstiere ausschließlich aufgrund der Bewegungsinformation orientieren können. In den Rot-Grün- und Blau-Grün-Transferversuchen zeigte sich, dass das Objektbewegungssehen beim Goldfisch farbenblind ist, aber erstaunlicherweise nicht vom L-Zapfen vermittelt wird, sondern wahrscheinlich vom M-Zapfen. Welchen Vorteil es haben könnte, dass für die verschiedenen Formen der Bewegungswahrnehmung verschiedene Eingänge benutzt werden, kann mit diesen Versuchen nicht geklärt werden. Farbenblindheit des Bewegungssehens scheint eine Eigenschaft visueller Systeme allgemein zu sein. Beim Menschen ist diese Frage im Moment noch nicht geklärt und wird weiterhin diskutiert, da es sowohl Experimente gibt, die zeigen, dass es farbenblind ist, als auch andere, die Hinweise darauf geben, dass es nicht farbenblind ist. Der Vorteil der Farbenblindheit eines bewegungsdetektierenden visuellen Systems zeigt sich auch in der Technik beim Maschinen Sehen. Hier wird ebenfalls auf Farbinformation verzichtet, was zum einen eine Datenreduktion mit sich bringt und zum anderen dazu führt, dass korrespondierende Bildpunkte leichter gefunden werden können. Diese werden benötigt, um Bewegungsvektoren zu bestimmen und letztlich Bewegung zu detektieren.

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.