Characterizing the precise dynamical balance of visual perception
General, Cognitive and Mathematical Psychology
Bioinformatics and Theoretical Biology
Sensory and Behavioural Biology
Final Report Abstract
Das Projekt war insgesamt ausgesprochen erfolgreich. Für mehrer Beispiele multistabiler Wahrnehmung wurde die genaue Statistik (Dominanzverteilung) bestimmt und mit einem einfachen dynamischen Modell verglichen (Kombination von Kompetition, Adaptation, und Raushen). Die statistischen Parameter (Varianz und Schiefe der Verteilung) waren erstaunlicherweise für alle Beispiele und unter allen Reizbedingungen fast gleich, während wir zuvor eine systematiche Abhängigkeit von Reizbedingungen erwartet hatten. Eine theoretische Analyse (d.h. ein Vergleich mit verschiedenen einfachen Akkumulationsprozessen) ergab, das eine Repräsentation aus diskreten bistabilen Elementen (Ehrenfest Prozess) diese Invarianz garantieren kann. Nach erheblichen Anstrengungen gelang es uns, das einfache Modell durch einen ‘Feinstruktur’ von bistabilen Elementen so zu erweitern, dass es alle bekannten statistischen Eigenschaften multistabilier Wahrnehung reproduziert, und darüber hinaus auch noch bislang unbeschriebene Eigenschaften (nicht-Stationaritäten) korrekt vorhersagt. Die Analyse des einfachen Modells wurde im Hinblick auf Wahrnehmungsleistungen erweitert. Inbesondere wurde quantifiziert, wie ‘empfindlich’ das Modell auf Reizfluktuationen antwortet und wie ‘variabel’ / ‘invariabel’ (oder ‘unzuverlässig’ / ‘zuverlässsig’) diese Antworten erfolgen. Man beachte dass hohe ‘Empfindlichkeit’ und hohe ‘Zuverlässigkeit’ sich gegenseitig auschliessen. Weiter wurde quantifiziert, wie stark die ‘Empfindlichkeit’ über die Zeit variiert, wenn das Modell entweder adaptiert oder sich wieder erholt (‘Klebrigkeit’). Man beachte dass eine mehr ‘klebrige’ Dynamik ein mehr exploitatives (deterministisches) Wahrnehmungsverhalten impliziert, während eine weniger ‘klebrige’ Dynamik zu mehr explorativem (stochatischen) Verhalten führt. Die diagnostisch Relevanz dieser Analyse konnte durch experimentelle Beobachtung multistabiler Wahrnehmung an verschiedenen Populationen bestägt werde. Die anfänglich unempfindliche und exploitative Dyamik von Kindern (12 Jahre) wird bei Jugendlichen (16 Jahre) empfindlicher und explorativer, bei jungen Erwachsenen (25 Jahre) noch empfindlicher aber dafür wieder weniger explorativ, um bei Senioren (60+ Jahre) wieder in den kindlichen Zustand (unempfindlich, exploitativ) zurückzufallen. Patienten mit Autism Spectrum Disorder entsprechen Kindern, während Patienten mit Borderline Disorder “Hyper-Erwachsene” darstellen (hochempfindlich, hochexploitativ). Die diagnostische Anwendung auf Entwicklungs und Patientenpopulationen wurde erst durch ein automatisiertes “no-report” Paradigma möglich, welches im Verlauf eines Parallelprojekts entwickelt worden war. Damit kann das “Kippen” einer multi-stabilen Wahrnehmung mit einer zuvor unerreichten zeitlichen Genauigkeit detektiert werden ( ±100 ms durch automatisierte Auswertung von Augenbewegungen).
Publications
- (2014) A theory for stimulus integration and bistable perception. 37th European Conference on Visual Perception, Belgrade
Cao, R., Mattia, M., Braun, J., Pastukhov, A.
- (2014) Stochastic accumulation by cortical columns explains scalar property of multistable perception. 37th European Conference on Visual Perception, Belgrade
Braun, J., Cao, R., Mattia, M.
- (2015) An experimentally constrained theory for Levelt’s propositions and the scalar property of multistable perception. Perception 44, 226-226 (38th ECVP, Liverpool)
Cao, R., Braun, J., Mattia, M., Pastukhov, A.
- (2015) Reverse-engineering perceptual inference as a hierarchical interaction between spontaneously active cortical columns. 7th Bernstein Conference, Mannheim
Cao, R., Pastukhov, A., Mattia, M., Braun, J.
(See online at https://doi.org/10.12751/NNCN.BC2015.0018) - (2016) Collective activity of many bistable assemblies reproduces characteristic dynamics of multistable perception. Journal of Neurosci., 36(26): 6957–72
Cao, R., Pastukhov, A., Mattia, M., Braun, J.
(See online at https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4626-15.2016) - (2016) Binocular rivalry reveals the hierarchical organization of visual inference. 8th Bernstein Conference, Berlin
Braun, J., Mattia, M., Cao, R., Pastukov, A.
(See online at https://doi.org/10.12751/NNCN.BC2016.0028) - (2017) Optimal inference with bistable assemblies: basic theory and simulations. 9th Bernstein Conference, Göttingen
Baun, J., Mattia, M.
(See online at https://doi.org/10.12751/nncn.bc2017.0109) - (2019) Perceptual reversals in binocular rivalry: improved detection from OKN. Journal of Vision, 19(3): 5, 1-18
Aleshin, S., Ziman, G., Kovacs, J., Braun, J.
(See online at https://doi.org/10.1167/19.3.5) - (2019) Perceptual sensitivity, variability, and stickiness predicted from binocular rivalry dynamics, 42th European Conference on Visual Perception, Trieste
Aleshin, S., Ziman, G., Kovacs, I., Braun, J.
- (2019) Development and maturation of perceptual sensitivity, variability, and stickiness. 42th European Conference on Visual Perception, Trieste
Ziman, G., Aleshin, S., Farkas, K., Unoka, Z., Braun, J., Kovacs, I.
