Spatial Distortions in Visual Short-Term Memory
Räumliche Verzerrungen im visuellen Kurzzeitgedächtnis
by Thomas Schmidt
Date of Examination:2002-01-30
Date of issue:2002-01-30
Advisor:Prof. Dr. Gerd Lüer
Referee:Prof. Dr. Gerd Lüer
Referee:Prof. Dr. Michael R. Waldmann
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-130
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Two-dimensional topographic maps represent a major coding principle for spatial information in the primate brain. In principle, neuronal maps can be subject to systematic distortion caused by interactions between neighboring cells as well as attentional influences. In this thesis, it is shown that when observers try to reproduce the exact position of a target dot on the monitor screen after a brief retention interval, their memory is systematically distorted by the presence of visual landmark stimuli serving as spatial reference. Landmarks provide regions of high positional certainty, markedly reducing response variance in their vicinity. At the same time, configurations of one, two, or three landmarks induce predictable distortional fields that are governed mainly by a stimulus-based (intrinsic) frame of reference but also interact with extrinsic reference systems, e.g., the allocentric vertical. Distortional fields can be invariant with image transformations, closely following changes in orientation, translation, or elongation of the landmark configuration, and are established as soon as 100 ms after the target stimulus has disappeared. Furthermore, it is shown that the distortional field of two landmarks can be predicted on the basis of knowledge of the single landmarks presented individually because the fields are locally invariant when a second landmark is presented at some distance, which leads to a partitioning of the visual field into regions of influence dominated by single landmarks. These results are inconsistent with previous theories of spatial memory distortions. Instead, an attentional model is advanced where spatial distortions arise from a preactivation of spatial reference systems in topographical cortical memory maps.
Keywords: visual memory; space perception; spatial memory
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Zweidimensionale topographische Karten stellen ein wichtiges Kodierungsprinzip räumlicher Information im Gehirn von Primaten dar. Neuronale Karten können im Prinzip systematischen Verzerrungen unterliegen, die sowohl durch Wechselwirkungen zwischen benachbarten Zellen als auch durch Aufmerksamkeitsprozesse entstehen könnten. In der vorliegenden Arbeit sollen Beobachter die genaue Position eines Zielpunktes auf dem Computermonitor nach einem kurzen Behaltensintervall reproduzieren. Dabei stellt sich heraus, daß ihre Erinnerung systematisch durch zusätzliche visuelle Landmarken verzerrt wird, die als räumliche Referenz dienen. Landmarken bilden Regionen hoher räumlicher Sicherheit und reduzieren die Antwortvarianz in ihrer Umgebung. Dabei erzeugen Konfigurationen von ein, zwei oder drei Landmarken vorhersagbare Verzerrungsfelder, die hauptsächlich durch ein reiz-basiertes (intrinsisches) Referenzsystem bestimmt sind, aber auch mit extrinsischen Referenzsystemen wie der allozentrischen Vertikalen in Wechselwirkung stehen. Verzerrungsfelder können invariant gegenüber Bildtransformationen sein und folgen Änderungen wie Drehung, Verschiebung und Streckung der Landmarkenkonfiguration; sie entstehen innerhalb von nur 100 ms, nachdem der Zielreiz verschwunden ist. Schließlich wird gezeigt, daß das Verzerrungsfelder zweier Landmarken auf Grund der Verzerrungsfelder der einzeln präsentierten Landmarken vorhergesagt werden kann, da die Felder lokal unbeeinflußt bleiben, wenn eine weitere Landmarke in ausreichender Entfernung präsentiert wird. Dies führt zu einer Partitionierung des visuellen Feldes in Regionen, die jeweils von einzelnen Landmarken dominiert werden. Die vorliegenden Befunde sind inkonsistent mit bisherigen Theorien zu Verzerrungen des räumlichen Gedächtnisses. Statt dessen wird ein aufmerksamkeitsbasiertes Modell vorgestellt, in dem räumliche Verzerrungen durch Voraktivierung räumlicher Referenzsysteme in topographischen kortikalen Gedächtnisrepräsentationen entstehen.
Schlagwörter: visuelles Gedächtnis; Raumwahrnehmung; räumliches Gedächtnis
