Tracing the template: Investigating the representation of perceptual relevance

• Applicants: Professor Dr. Hermann J. Müller; Professor Dr. Stefan Pollmann
• Subject Area: General, Cognitive and Mathematical Psychology ; Human Cognitive and Systems Neuroscience
• Term: from 2014 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 242809327

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Wir benötigen das Arbeitsgedächtnis, um kurzfristig Informationen für eine anstehende Aufgabe bereitzuhalten. Wenn wir etwa nach einem Gegenstand suchen, können wir uns seine Farbe und Form und seinen wahrscheinlichen Ort ins Gedächtnis rufen. Eine solche Arbeitsgedächtnisschablone kann dann mit den sensorischen Reizen verglichen werden, um die Suche zu optimieren. Wir haben untersucht, wie diese Schablone beschaffen ist, wie sie genutzt wird und welche neuronalen Strukturen und Prozesse dem zugrunde liegen. Ein Fokus des Projekts lag dabei auf einem Aspekt, der lange vernachlässigt wurde, nämlich ob und wie die Suche nach einem Zielreiz dadurch unterstützt werden kann, dass nicht nur der Zielreiz attendiert, sondern auch ablenkende Störreize inhibiert werden können. In einer Reihe von visuellen Suchexperimenten wurde die Häufigkeit des Auftretens von Zielreizen und Ablenkerreizen unabhängig voneinander variiert. Dabei zeigte sich, dass die Probanden in der Lage waren, diese Variationen implizit zu lernen und die Suche danach zu optimieren. Dabei traten Interferenzeffekte auf, die zwei Suppressionseffekte nahelegten. Einerseits lernten die Probanden, Reize in derselben visuellen Dimension (etwa Farbe oder Form) zu inhibieren, andererseits aber auch den Ort häufiger Distraktorpräsentationen, unabhängig von der Dimension der Reize zu inhibieren. Diese Effekte konnten auch noch in einem weiteren Test einen Tag später nachgewiesen werden, was für einen dauerhaften Lerneffekt spricht. Unter Zuhilfenahme von Blickbewegungsmessungen fanden wir, dass das statistische Lernen der Distraktorhäufigkeit dazu führt, dass häufige Distraktoren seltener fixiert werden, als auch, dass der Blick sich leichter wieder von ihnen löst. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie haben wir gefunden, dass leichte Änderungen in der Aufgabenstellung ("Achte auf die Ausrichtung oder Streifenbreite desselben Musters") zu Änderungen der Aktivierungsmuster in weiten Teilen des Großhirns führen, von sensorischen Arealen im Hinterhauptslappen bis hin zu exekutiven Arealen des Präfrontalkortex. Diese Aktivierungen traten in einem Zeitbereich zwischen der Präsentation eines Hinweisreizes ("achte auf..." oder "ignoriere ...") und dem Beginn der visuellen Suche auf, währenddessen die Information im Arbeitsgedächtnis gehalten wird. Die 'Schablone', die unser Arbeitsgedächtnis für einen Reiz bildet, ändert sich also in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung und sie ist nicht nur in einem bestimmten - etwa sensorischen - Gehirnareal repräsentiert, sondern auf verschiedenen Verarbeitungsebenen. Der Präfrontalkortex war insbesondere beteiligt an volitionalen - im Vergleich zu vorgegebenen - Wechseln zwischen verschiedenen Zielreizschablonen. Hinsichtlich des Zusammenspiels der Attendierung des Zielreizes und der Suppression von Ablenkerreizen haben wir gefunden, dass diese beiden Prozesse mit erhöhter beziehungsweise verringerter Aktivierung im visuellen Cortex einhergehen. Eine eingehende Untersuchung der Aktivierungsmuster hat jedoch keinen Hinweis darauf gegeben, dass die verringerte Aktivierung bei Ablenkersuppression spezifisch für das supprimierte Reizmerkmal (Farbe) war, was ein Hinweis auf allgemeinere Suppressionsmechanismen sein könnte. Das Projekt hat damit wichtige Beiträge zur Aufklärung der Natur von Arbeitsgedächtnisschablonen geleistet, insbesondere auch zu der aktuell sehr lebhaften Diskussion des Zusammenspiels der Attendierung relevanter mit der Suppression irrelevanter Arbeitsgedächtnisschablonen zur optimalen Aufmerksamkeitsausrichtung.

Publications

• (2016). Individual differences shape the content of visual representations. Vision Research, 141, 266-281
  Reeder, R.
  
• (2017). Cortical evidence for negative search templates. Visual Cognition, 25 (1-3), 278-290
  Reeder, R. Olivers, C.N.L. & Pollmann, S.
  
• (2017). Task relevance modulates the cortical representation of feature conjunctions in the target template. Scientific Reports, 7, 4514
  Reeder, R., Hanke, M. & Pollmann, S.
  
• (2018). No evidence for enhanced distractor template representation in early visual cortex. Cortex, 108, 279-282
  Reeder, R.R., Olivers, C.N.L., Hanke, M. & Pollmann, S.
  
• (2018): Learning to shield visual search from salient distractors. Dissertation, LMU München: Graduate School of Systemic Neurosciences (GSN)
  Sauter, Marian
  
• Region-based shielding of visual search from salient distractors: Target detection is impaired with same- but not different-dimension distractors. Atten Percept Psychophys 80, 622–642 (2018)
  Sauter, M., Liesefeld, H.R., Zehetleitner, M., & Müller, H. J.
  
• (2019). Diagnostic parts are not exclusive in the search template for real-world object categories. Acta Psychologica, 196, 11-17
  Wurth, M. & Reeder, R.R.
  
• (2019). Frontal cortex differentiates between free and imposed target selection in multiple-target search. Neuroimage, 202, 116-133
  Ort, E., Fahrenfort, J.J., Reeder, R., Pollmann, S., Olivers, C.N.L.
  
• (2019). Learning to suppress salient distractors in the target dimension: Region-based inhibition is persistent and transfers to distractors in a nontarget dimension. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 45(11), 2080–2097
  Sauter, M., Liesefeld, H. R., & Müller, H. J.
  
• (2021). Post-capture processes contribute to statistical learning of distractor locations in visual search. Cortex, 135, 108-126
  Sauter, M., Hanning, N. M., Liesefeld, H. R., & Müller, H. J.