Teil 1: Transsakkadische Integration basiert auf einer begrenzten Speicherressource

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Sakkadische Augenbewegungen verursachen großflächige Transformationen des Bildes, das auf die Netzhaut fällt. Anstatt die visuelle Verarbeitung nach jeder Sakkade neu zu starten, kombiniert das visuelle System nachsakkadische Informationen mit visuellem Input aus der Zeit vor dem Sakkaden. Entscheidend ist, dass der relative Beitrag jeder Informationsquelle nach ihrer Präzision gewichtet wird, im Einklang mit den Prinzipien der optimalen Integration. Wir argumentierten, dass, wenn vorsakkadische Eingaben in einem ressourcenbegrenzten Geschäft gepflegt werden, z. B. visuelles Arbeiten,Gedächtnishängt seine Genauigkeit von der Anzahl der gespeicherten Elemente sowie von ihrer Aufmerksamkeitspriorität ab. Beobachter schätzten die Farbe der Reize, die sich während einer Sakkade unmerklich veränderten, und wir untersuchten, wo Berichte auf das Kontinuum zwischen prä- und postsakkadischen Werten fielen. Die Tendenz zur postsakkadischen Farbe nahm mit der eingestellten Größe der präsakkadischen Anzeige zu, was mit einer erhöhten Gewichtung der postsakkadischen Eingabe übereinstimmte, als die Präzision der präsakkadischen Darstellung abnahm. In einem zweiten Experiment untersuchten wir, ob transsakkadischGedächtnisRessourcen werden bevorzugt für aufmerksam priorisierte Elemente zugewiesen. Ein Pfeilhinweis zeigte an, dass ein präsakkadisches Element mit größerer Wahrscheinlichkeit für den Bericht ausgewählt wurde. Wie vorhergesagt, erhöhten gültige Hinweise die Reaktionsgenauigkeit und verzerrte Reaktionen auf die präsakkadische Farbe. Wir kommen zu dem Schluss, dass die transsakkadische Integration auf einer begrenztenGedächtnisRessource, die flexibel auf präsakkadische Reize verteilt ist.

Da die menschliche Sehschärfe in der Fovea am höchsten ist und in Abhängigkeit von der Exzentrizität abnimmt, bewegen wir häufig unsere Augen, um Objekte von Interesse in das foveale Sehen mit hoher Sehschärfe zu bringen (Yarbus, 1967). Wenn wir jedoch unseren Blick auf einen Ort richten

bedeutet notwendigerweise, es anderen zu entziehen. Um eine detaillierte und stabile Szenenwahrnehmung über durch Augenbewegungen induzierte Verschiebungen zu unterstützen, wurde vorgeschlagen, dass Informationen aus früheren Fixationen verwendet werden können, um den aktuellen fovealen Input in einem Prozess zu ergänzen, der als transsakkadische Integration bekannt ist (Irwin & Andrews, 1996).

Da die transsakkadische Integration auf Informationen aus der jüngsten Vergangenheit beruht, um die Leistung in der Gegenwart zu erleichtern, ist eine intuitive Hypothese, dass visuelles ArbeitenGedächtnisträgt zum Prozess bei (Aagten-Murphy & Bays, 2019; Irwin, 1991; Prime, Vesia, & Crawford, 2011). Das Arbeitsgedächtnis bezieht sich auf die Kurzzeitspeicherung, die in der Lage ist, eine begrenzte Menge an Informationen in einem aktiven Zustand zu halten, um sie für die kognitive Verarbeitung verfügbar zu machen (Baddeley & Hitch, 1974). Die Idee, dass das visuelle Arbeitsgedächtnis auch Wahrnehmungsprozesse unterstützen könnte, ist nicht neu, da es bereits an der Auflösung mehrdeutiger Wahrnehmung beteiligt war (Kang, Hong, Blake, & Woodman, 2011; Scocchia, Valsecchi, Gegenfurtner, & Triesch, 2013), visuelle Suche (Desimone & Duncan, 1995) und sequentielle Reizverzerrungen (Bliss, Sun, & D'Esposito, 2017; Fritsche, Mostert, & de Lange, 2017).

Vorsakkadische Objektinformationen, die in Arbeit gepflegt werdenGedächtniskönnte – mit entsprechenden Transformationen, um die durch die Sakkade induzierte Netzhautverschiebung zu erklären (Bays & Husain, 2007; Bridgeman, Van der Heijden, & Velichkovsky, 1994; Burr & Morrone, 2011) – dienen als zusätzliche Informationsquelle, um die post-sakkadische Wahrnehmung zu verbessern. Frühere Forschungen, d.h. als gewichteter Durchschnitt, berücksichtigen die relative Zuverlässigkeit jedes Inputs (Oostwoud Wijdenes, Marshall, & Bays, 2015). Durch die Mittelung des unabhängigen Rauschens kann die resultierende integrierte Wahrnehmung eine höhere Präzision aufweisen als jede der beiden Quellen allein (Ganmor, Landy, & Simoncelli, 2015; Wolf & Schutz, 2015).

Trotz seiner Intuitivität direkter Beweis für eine Beteiligung des visuellen ArbeitensGedächtnisIn der transsakkadischen Integration ist spärlich. Mehrere Studien haben die Auswirkungen von dazwischenliegenden Sakkaden auf Arbeitsgedächtnisaufgaben untersucht. Prime, Tsotsos, Keith und Crawford (2007) beobachteten keinen Unterschied in einer Veränderungsunterscheidungsaufgabe zwischen Bedingungen, unter denen die Blickposition beibehalten oder zwischen nachfolgenden Reizpräsentationen geändert wurde, was darauf hindeutet, dass Sakkaden allein weder die Funktionsweise des visuellen Arbeitens beeinträchtigen nochGedächtnisErsetzen Sie es auch nicht durch einen separaten transsakkadischen Speicher. Zwei Studien mit Methoden, die empfindlich aufGedächtnisPräzision (Melcher & Piazza, 2011; Schut, Van der Stoep, Postma, & Van der Stigchel, 2017; Shao et al., 2010) fanden heraus, dass das Erstellen einer Sakkade zu einem visuellen Element, das für dieGedächtnisAufgabe beeinträchtigte die nachfolgende Abrufgenauigkeit für das Speicherarray, wobei eine Leistungsabnahme der Erhöhung der eingestellten Größe des Arbeitsspeicherinhalts um ein Element entspricht (Schut et al., 2017). Dies deutet darauf hin, dass die Zuweisung von Speicherressourcen zum Sakkadenziel obligatorisch ist.

transsakkadische Integration, ist aber auch konsistent mit dem Einsatz von visuellem ArbeitenGedächtnisum andere Wahrnehmungs- oder kognitive Prozesse zu erleichtern, z.B. um die visuelle Suche zu erleichtern (Oh & Kim, 2004; Woodman & Luck, 2004) oder Aufmerksamkeitsverschiebungen nach der Sakkade (Hollingworth & Matsukura, 2019).

Bis heute sind die unmittelbarsten Beweise, die die Beteiligung der Arbeit unterstützen,Gedächtnisin transsaccadic integration stammt aus einer Studie von Stewart und Schütz (2018). Wie in früheren Studien beobachteten diese Autoren transsakkadische Leistungsvorteile bei der Schätzung eines einzelnen Reizes, der den Vorhersagen nahe kam, basierend auf einer optimalen Integration von prä- und postsakkadischem Input. Wenn sie jedoch die gleiche Aufgabe innerhalb des Wartungszeitraums eines typischen visuellen Arbeitens mit einem Element platziert habenGedächtnis-Aufgabe fanden sie keinen signifikanten Leistungsvorteil gegenüber der besten individuellen Ansicht des Reizes (vor oder nach dem Sakkaden). Mit anderen Worten, die Einführung einer visuellen Arbeitsgedächtnislast hat die Beweise für die transsakkadische Integration abgeschafft. Obwohl dieses Ergebnis stark auf die Verfügbarkeit von Arbeitsplätzen hindeutet,Gedächtniswichtig ist, um die Vorteile der Integration zu nutzen, lässt das Dual-Task-Design seine genaue Rolle ungewiss. Darüber hinaus ist die Feststellung, dass eine Speicherauslastung eines Elements die transsakkadische Integration fast vollständig abgeschafft hat, unerwartet, da umfangreiche Beweise dafür vorliegen, dass mehrere Elemente gleichzeitig in Arbeit verwaltet werden können.Gedächtnis(siehe auch Melcher, 2009; Melcher & Fracasso, 2012 für den Nachweis, dass andere transsakkadische Effekte Kapazitäten von mehr als eins haben).

Eines der bestimmenden Merkmale des visuellen ArbeitensGedächtnisist, dass die Informationen, die es halten kann, sehr begrenzt sind (Alvarez & Cavanagh, 2004; Cowan, 1998; Glück & Vogel, 1997). In analogen Berichtsaufgaben manifestiert sich dieses Limit als Rückgang der Erinnerungstreue, wenn die Anzahl der Elemente im Speicher zunimmt (Ma, Husain, & Bays, 2014; Schneegans, Taylor und Bays, 2020; van den Berg, Shin, Chou, George & Ma, 2012; Zhang & Glück, 2008). Darüber hinaus ist das ArbeitenGedächtnisDie Zuweisung ist flexibel, sodass Ressourcen basierend auf der Verhaltenspriorität bevorzugt auf bestimmte Elemente ausgerichtet werden können (Bays, 2014; Bays & Husain, 2008; Oberauer & Lin, 2017; Schmidt, Vogel, Woodman, & Luck, 2002; Yoo, Klyszejko, Curtis und Ma, 2018). In dieser Studie haben wir untersucht, wie die Allokation von ArbeitskräftenGedächtnisZu vorsakkadischen Items beeinflusst die transsakkadische Integration. Um eine sensible und abgestufte Schätzung der Arbeit zu erhaltenGedächtnisBei der Zuweisung haben wir die relative Gewichtung von vor- und nachsakkadischen Eingaben bei der Schätzung der Farbe eines Artikels als Hauptleistungsmaß verwendet. Basierend auf früheren Studien (Ganmor, Landy, & Simoncelli, 2015; Oostwoud Wijdenes et al., 2015; Wolf & Schutz, 2015) erwarteten wir, dass diese Gewichtung die relative Zuverlässigkeit prä- und postsakkadischer Informationen widerspiegelt.

Versuch 1:

Hier untersuchten wir, ob die transsakkadische Integration von einer begrenzten Ressource abhängt, indem wir die Größe der vorsakkadischen Menge manipulierten. Wenn die Rolle des visuellen ArbeitensGedächtnisBei der transsakkadischen Integration geht es darum, präsakkadische Eingaben zu speichern, würden wir erwarten, dass die Qualität der für die Integration verfügbaren Informationen abnimmt, wenn die Anzahl der Elemente im präsakkadischen Bild zunimmt. Um diese Vorhersage zu testen, präsentierten wir den Beobachtern ein bis vier farbige Scheiben in ihrer peripheren Sicht, bevor wir sie aufforderten, eine horizontale Sakkade am Stimulus-Array vorbei auszuführen. Während der Sakkade verschwanden alle bis auf eine der Scheiben und die Farbe der verbleibenden Scheibe änderte sich leicht. Die Teilnehmer wurden gebeten, die Farbe dieser Scheibe zu melden, und wir verwendeten die Verteilung ihrer Antworten relativ zu den prä- und postsakkadischen Farben, um die Gewichtung zu bewerten, die jeder Eingabe zugewiesen wurde. Da die Farbänderung klein war und auftrat, während sich das Auge bewegte, erwarteten wir, dass die Teilnehmer sich dessen meist nicht bewusst waren. Wir testeten diese Annahme in einer strukturierten Nachbesprechung im Anschluss an das Experiment.

Methodik

Teilnehmer

Vierzehn Teilnehmer (9 weiblich) im Alter zwischen 20 und 35 Jahren (Mittelwert = 24,7) nahmen an Versuch 1 teil.

Abbildung 1. Beispiel für eine Versuchssequenz in Experiment 1 (nicht maßstabsgetreu) für eine Studie mit festgelegter Größe drei. Gestrichelte rote Kreise stellen Blickfixierungen dar. Der gestrichelte rote Pfeil stellt den Sakkadenvektor dar. Der Reiz änderte sich, sobald der Blick die vertikale Mittellinie des Bildschirms überquerte. Die Farbänderung wird zur Veranschaulichung übertrieben.

Die Teilnehmer berichteten von einer normalen oder korrigierten Sehschärfe. Das normale Farbsehen wurde durch einen Screening-Test (Ishihara, 1972) sichergestellt, der vor der Studie durchgeführt wurde. Die Teilnehmer waren in Bezug auf den Zweck des Experiments naiv und wurden mit einer Zahlung von £ 10 / Stunde entschädigt. Die Experimente wurden vom Cambridge Psychology Research Ethics Committee genehmigt.

Die Einwilligung nach Aufklärung wurde in Übereinstimmung mit der Erklärung von Helsinki eingeholt.

Apparate und Stimuli

Stimuli wurden auf einem 27-Zoll-Asus ROG PG279Q-Monitor präsentiert (144 Hz Bildwiederholfrequenz, 2560 × 1440 Pixel, ULMB-Modus und Übertaktung deaktiviert)

bei einem Betrachtungsabstand von 60 cm. Der Hintergrund des Bildschirms war während des gesamten Experiments schwarz (0,3 cd/m2). Die Augenposition wurde online mit einem auf dem Schreibtisch montierten EyeLink 1000 (SR Research) verfolgt. Die Stimulationserzeugung und -präsentation wurde in Matlab mithilfe der Psychophysics Toolbox implementiert (Kleiner, Brainard, & Pelli, 2007). Der benutzerdefinierte Code verwendete den High Precision Event Timer des PC-Chipsatzes, um das Display und den Eyetracker zu synchronisieren, der asynchron mit 1000 Hz abgetastet wurde. Wir haben eine mittlere Eingangsverzögerung (definiert als das Intervall zwischen einer Softwareanforderung zur Aktualisierung des Bildschirms und 90% der gewünschten Leuchtdichteänderung) von ca. 11 ms gemessen, was mit den zuvor für diese Anzeige gemeldeten Werten übereinstimmt (Fabius, Fracasso, Nijboer, & Van der Stigchel, 2019; Zhang et al., 2018).

Design und Verfahren

Die Versuchssequenz ist in Abbildung 1 dargestellt. Jeder Versuch begann mit der Präsentation eines grauen Fixationspunktes (Durchmesser 0,5 Grad Blickwinkel, 71,3 cd/m2) vor einem gleichmäßig schwarzen Hintergrund (0,3 cd/m2). Abhängig von der Sakkadenrichtung erschien der Fixationspunkt 6 Grad links oder rechts von der Bildschirmmitte. Vier Buchstaben (A, B, C und D) wurden an den möglichen Stimulusstellen dargestellt, die sich auf einem imaginären Kreis mit einem Radius von 4 Grad befinden, der auf dem Fixationspunkt zentriert ist, an Winkelpositionen (-60 Grad, -20 Grad, +20 Grad und +60 Grad), wobei

0 Grad ist in horizontaler Richtung zur Mitte des Displays. Nachdem die Fixierung innerhalb von 2 Grad des Fixationspunktes für einen Zeitraum von

500 ms erschien ein zweiter Punkt (das Sakkadenziel) bei einer horizontalen Verschiebung (und damit erforderlicher Sakkadenamplitude) von 12 Grad vom ersten Fixationspunkt. Dieser Punkt gab den Ort an, an den sich die Beobachter wenden mussten, sobald sie das Signal empfangen hatten. Beachten Sie, dass es nicht möglich war, die vier Stimulusorte so anzuordnen, dass sie gleichzeitig gleich weit von den präsakkadischen und postsakkadischen Fixationspunkten entfernt sind. Wir haben uns dafür entschieden, alle vier Positionen gleich weit von der präsakkadischen Fixierung entfernt zu machen, mit dem Ergebnis, dass die Positionen A und D weiter vom postsakkadischen Fixationspunkt entfernt waren als B und C (10,0 Grad vs.

Nach 500 ms weiterer Fixierung wurden die Buchstaben durch eine, zwei, drei oder vier farbige Scheiben (1 Grad Durchmesser) ersetzt. Die Farben wurden zufällig aus einem Kreis im CIELAB-Raum gezogen (L = 74, Ursprung bei a = b = 0, Radius 40). Für die festgelegten Größen eins bis drei wurden unbesetzte Positionen nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, über die Versuche hinweg ausgeglichen und mit grauen Platzhalterpunkten (0,3 Grad Durchmesser) gefüllt, um die räumliche Unsicherheit zu reduzieren. Dieses präsakkadische Display wurde für 1000 ms präsentiert. Nach weiteren 1000 ms verschwand der ursprüngliche Fixationspunkt und gleichzeitig wurde ein Piepton abgespielt,

Den Teilnehmer dazu bringen, so schnell wie möglich eine Augenbewegung zum Sakkadenziel zu machen.

Sobald der Blick die vertikale Mittellinie des Bildschirms überquerte, wurden alle bis auf eines der vorsakkadischen Elemente (die Position wurden durch Platzhalterpunkte ausgeglichen) durch Platzhalterpunkte ersetzt. Die Farbe des verbleibenden (d. h. postsakkadischen) Elements verschob sich entweder im Uhrzeigersinn (CW) oder gegen den Uhrzeigersinn (CCW) um 25 Grad auf dem Farbkreis. Die Richtung dieser Verschiebung wurde zufällig gewählt. Das postsakkadische Element wurde bis zu 300 ms angezeigt, nachdem der Sakkadenversatz von der Eye-Tracker-Software erkannt wurde.

Post-Sakkadischer Gegenstand, ein Farbrad (5 Grad Durchmesser; zufällig gedreht) erschien um den post-sakkadischen Fixationspunkt. Ein Buchstabe, der die Position des postsakkadischen Gegenstands angibt, wurde in der Mitte des Rades angezeigt. Die Teilnehmer wurden angewiesen, auf die Farbe auf dem Rad zu klicken, die am besten zu der erinnerten Farbe des durch den Brief angegebenen Artikels passte. Die Buchstaben wurden als nicht maskierender Hinweis verwendet, um anzugeben, welches Element gemeldet werden soll. Obwohl der Brief immer das Element anzeigte, das nach der Sakkade sichtbar blieb, ergaben Pilottests, dass die Teilnehmer oft nicht wussten, dass eines der Elemente länger als das Farbrad angezeigt wurde, der zentrale Buchstabenhinweis wurde durch eine Scheibe (1 Grad Durchmesser) ersetzt, die die Farbe unter der aktuellen Mausposition anzeigte. Nachdem eine Antwort registriert wurde, wurde das Rad durch den präsakkadischen Fixationspunkt ersetzt, was den nächsten Versuch einleitete.

2 Grad vom vorsakkadischen Fixationspunkt zu irgendeinem Zeitpunkt vor der Sakkade, wenn eine Sakkade nicht um 500 ms nach dem Verschwinden des vorsakkadischen Fixationspunktes eingeleitet worden war, wenn die Sakkade weiter landete als

2,5 Grad vom postsakkadischen Fixationspunkt entfernt, wenn die Sakkade länger als 150 ms dauerte oder wenn ein Blinzeln gemeldet wurde, bevor das Farbrad erschien. Wenn eine Testversion abgebrochen wurde, wurde eine Feedback-Meldung für

2 Sekunden in der Bildschirmmitte und ein Versuch der gleichen experimentellen Bedingung wurde an das Ende des Blocks angehängt.

Die Beobachter schlossen 480 erfolgreiche Studien ab, die auf vier Blöcke von jeweils 120 Studien verteilt waren. Innerhalb jedes Blocks wurden die festgelegte Größe und Position des gemeldeten Elements zufällig verschachtelt. Jede Sitzung begann mit einem Übungsblock, in dem die Teilnehmer auf die Augenbewegungskomponente des Experiments trainiert wurden. In dieser Übungsaufgabe wurde der Farbbericht durch eine Rückmeldung ersetzt, ob die Sakkade alle experimentellen Anforderungen erfüllt hatte. Fehlermeldungen wurden vom Experimentator verbal erklärt, wenn sie ausgelöst wurden. Die Praxis wurde fortgesetzt, bis die Teilnehmer mit dem okulomotorischen Aspekt der Aufgabe vertraut waren.

Analyse

Die primären Messgrößen von Interesse waren die Verzerrung und Streuung von Farbreaktionen relativ zur prä- und postsakkadischen Farbe des untersuchten Elements. Wir schätzten diese als zirkulären Mittelwert bzw. zirkuläre Standardabweichung (SD). Zu diesem Zweck haben wir die gemeldeten Farbwerte gedreht und reflektiert, so dass 0 Grad, die der vorsakkadischen Farbe entsprechen, und positive Werte in Richtung der nachsakkadischen Farbe lagen.

Da sich die Antworten in der Hälfte der Studien widerspiegelten, war jede allgemeine CW- oder CCW-Antwortverzerrung ausgeglichen und konnte die Berechnung des zirkulären Mittelwerts nicht beeinflusst haben; Eine solche Antwortverzerrung würde jedoch dazu neigen, die Schätzungen der

Rundschreiben SD. Um dies zu beheben, haben wir nach dem Rotieren der Antworten, aber bevor wir sie reflektieren, um die postsakkadische Farbe positiv zu machen (wie oben beschrieben), die Gesamtantwortverzerrung für jeden Teilnehmer subtrahiert, die als zirkulärer Mittelwert über Studien berechnet wird. Diese Operation wurde nur bei der Schätzung des zirkulären SD angewendet, aber beachten Sie, dass sie keine Auswirkungen auf die Schätzungen des zirkulären Mittelwerts haben würde.

Statistische Tests von Hypothesen wurden unter Verwendung von Bayes'schen ANOVA- und Bayes'schen t-Tests in JASP (JASP Team, 2020) mit Standardprioren durchgeführt. Die Ergebnisse sind mit einem BF10 von fünf zeigt, dass die Stärke der Evidenz für einen Unterschied fünfmal größer ist als die Stärke der Evidenz für keinen Unterschied. Umgekehrt zeigt ein BF01 von fünf die gleiche Stärke der Evidenz an, die keinen Unterschied begünstigt.