Neuronal and Perceptual Effects of Selective Attention in the Primate Visual System
Neuronale und perzeptuelle Effekte selektiver Aufmerksamkeit im visuellen System von Primaten
von Robert Niebergall
Datum der mündl. Prüfung:2010-01-19
Erschienen:2010-07-21
Betreuer:Prof. Dr. Stefan Treue
Gutachter:Prof. Dr. Stefan Treue
Gutachter:Prof. Dr. Julia Fischer
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Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
The work included in this thesis examines cognitive influences on the processing of visual information both on the neural and the behavioral level. A prominent mechanism for the selection and modulation of behaviorally relevant sensory information in the brain is selective attention. Recording single unit activity and local field potentials (LFPs) in middle temporal area (MT) of the macaque monkey, we have gained deeper insights into the neural mechanisms of various aspects of selective attention that, so far, had been unexplored. Specifically, we demonstrated that attention individually enhances representations of multiple moving objects. Furthermore, we showed that attention modulates the input signals of MT neurons, and that these effects are reflected in certain frequency bands of LFP oscillations. Finally, we showed that spike timing is a source of information likely used by the brain for encoding different features of visual stimuli. Complementing the electrophysiological studies, our behavioral experiments investigated consequences of dividing attention between stimuli represented in two different reference frames and the influence of feature-based attention on the processing of information from non-overlapping spatial locations. Collectively, these studies show that cognitive factors strongly modulate the processing of sensory information in primate visual cortex.
Keywords: visual attention; single cell recordings; psychophysics; cognition; visual cortex
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Die in dieser Dissertation zusammengefassten Studien
widmen sich der Untersuchung kognitiver Einflüsse auf
die Verarbeitung visueller Informationen. Von
besonderer Bedeutung ist hierbei die selektive
Aufmerksamkeit, welche die limitierten
Verarbeitungskapazitäten des Gehirns auf die für den
Organismus relevanten sensorischen Informationen
konzentriert. Mittels Ableitungen von
Einzelzellaktivität und lokaler Feldpotentiale (LFPs)
in einem bewegungssensitiven Areal des visuellen Kortex
(area MT) von Rhesusaffen, konnten wir verschiedene,
bisher unbekannte, Aspekte der Wirkungsweise von
selektiver Aufmerksamkeit aufklären. So konnten wir
zeigen, dass Aufmerksamkeit individuell auf mehrere
relevante Stimuli fokussiert werden kann und somit
deren Wahrnehmung verbessert. Des Weiteren konnten wir
zeigen, dass Aufmerksamkeit die in MT Neurone
eingehenden Signale moduliert, und dass sich diese
Effekte in verschiedenen Frequenzbändern von LFPs
manifestieren. Zusätzlich konnten wir demonstrieren,
dass die zeitliche Abfolge von Aktionspotentialen eine
Informationsquelle darstellt, die dem Gehirn
höchstwahrscheinlich zur Enkodierung von
Stimuluseigenschaften dient. Einhergehend mit den
elektrophysiologischen Studien haben wir in
Verhaltensexperimenten an Humanprobanden die
Auswirkungen von Aufmerksamkeit untersucht, wenn diese
zwischen Stimuli in verschiedenen Bezugssystemen
geteilt werden muss. Eine weitere Wahrnehmungsstudie
widmete sich der Frage nach dem Einfluss
eigenschafts-basierter Aufmerksamkeit auf die
Verarbeitung von Informationen, welche von räumlich
getrennten Stimuli stammen. Gemeinsam verdeutlichen
diese Studien, dass die Verarbeitung sensorischer
Informationen im visuellen Kortex von Primaten starken
kognitiven Einflüssen unterliegt.
Schlagwörter: visuelle Aufmerksamkeit; Einzelzellableitungen; Psychophysik; Kognition; visueller Kortex