Universität zu Köln

Yook, Jeong In (2024). The Role of Attention in Predictive Visual Motion Processing. PhD thesis, Universität zu Köln.

PDF (Dissertation) 7387370_YOOK_Final_thesis.pdf Bereitstellung unter der CC-Lizenz: Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (12MB)

Abstract

Our visual world presents us with an abundance of sensory information, yet only a subset can be processed due to the inherent capacity limitations on attention and perception. Prediction and attention are two cognitive processes that assist in making sense of dynamic information: prediction utilizes prior information to guide the processing of new sensory information, while attention selectively enhances the processing of information relevant to behavior. This thesis aimed to explore the relationship between prediction and attention in shaping our perception of moving objects, using a combination of psychophysics and electrophysiological approaches coupled with attentional manipulations. In Chapter 2, we explored how predictions manifest in perception through the flash-lag effect, where a static stimulus appears to lag a behind a continuously moving object despite being physically aligned. We show that this perceptual discrepancy arises from the brain’s extrapolation of motion to compensate for neural processing delays. Additionally, we found that the magnitude of the illusion systematically varies with the perceived speed of motion, underscoring the explicit representation of velocity in predictively encoding the position of moving objects. Following this, in Chapter 3, we investigated how attention influences predictions in dynamic environments involving multiple moving objects. We revealed that divided attention among multiple stimuli leads to a stronger flash-lag effect compared to when attention is focused on a single stimulus. This suggests that when the task demands monitoring of multiple moving objects simultaneously, attention serves to guide extrapolation to efficiently compensate for accumulated delays in processing these objects with limited attentional resources. Finally, in Chapter 4, we employed multivariate pattern analyses on EEG data to examine the neural evidence of motion extrapolation within competing stimulus streams. We discovered that when a stream is attended, sensory-like representations of a stimulus’ future position can be driven solely by prediction. Conversely, when the stream is ignored, the representation of its future position is consistent only with stimulus presentation. This implies that attention allocates all processing resources towards anticipating the future positions of task-relevant objects, thereby enhancing perception and behavioral performance while suppressing distractors. Taken together, this research illuminates how attention may be strategically allocated to guide extrapolation to achieve an efficient monitoring of multiple moving stimuli or accurate encoding of task-relevant stimuli. This serves to facilitate successful navigation within dynamic visual environments. I discuss the relationship between prediction and attention within a comprehensive framework consistent with predictive coding theories.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Unsere visuelle Welt beinhaltet eine Fülle von sensorischen Informationen. Aufgrund von Kapazitätsbeschränkungen von Aufmerksamkeit und Wahrnehmung kann jedoch nur eine Teilmenge verarbeitet werden. Vorhersagen und Aufmerksamkeit sind zwei kognitive Prozesse, die dabei helfen, dynamische Informationen effizient zu verarbeiten: Vorhersagen steuern die Verarbeitung neuer sensorischer Informationen aus Basis vorheriger Informationen, während Aufmerksamkeit selektiv die Verarbeitung verhaltensrelevanter Informationen fördert. Ziel dieser Dissertation war es, die Beziehung zwischen Vorhersage- und Aufmerksamkeitsprozessen bei der Wahrnehmung bewegenden Objekten zu erforschen, wobei eine Kombination aus psychophysikalischen und elektrophysiologischen Ansätzen in Verbindung mit Aufmerksamkeitsmanipulationen verwendet wurde. In Kapitel 2 haben wir untersucht, wie sich Vorhersagen in der Wahrnehmung im sogenannten „Flash-Lag-Effekt“ manifestieren, bei dem ein statischer Stimulus einem sich kontinuierlich bewegenden Objekt hinterherzuhinken scheint, obwohl er physikalisch an einer äquivalenten Position präsentieret wird. Wir zeigen, dass diese Wahrnehmungsdiskrepanz durch Extrapolation von Bewegung durch das Gehirn Kompensation von Verzögerungen in der neuronalen Verarbeitung erklärbar ist. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass das Ausmaß der Illusion systematisch mit der wahrgenommenen Bewegungsgeschwindigkeit variiert, was für eine explizite Repräsentation der Geschwindigkeit bei der prädiktiven Kodierung der Position von sich bewegenden Objekten spricht. Anschließend haben wir in Kapitel 3 untersucht, wie Aufmerksamkeit die Vorhersagen in dynamischen Umgebungen mit mehreren sich bewegenden Objekten beeinflusst. Hier zeigte sich, dass die Verteilung der Aufmerksamkeit auf mehrere Stimuli im Vergleich zu einer fokussierten Aufmerksamkeit auf einen Reiz zu einem stärkeren Flash-Lag-Effekt führt. Dies deutet darauf hin, dass bei gleichzeitiger Beobachtung mehrerer sich bewegender Objekte Aufmerksamkeit dazu dient, die Extrapolation zu steuern, um die akkumulierten Verzögerungen bei der Verarbeitung dieser Objekte effizient zu kompensieren. In Kapitel 4 schließlich untersuchten wir mit Hilfe multivariater Musteranalysen von EEG-Daten die neuronale Evidenz der Bewegungsextrapolation innerhalb konkurrierender Reizübertragungen. Wir entdeckten, dass die sensorische Repräsentation der zukünftigen Position eines Stimulus allein durch Vorhersage gesteuert werden kann, wenn dieser Reizübertragung beachtet wird. Wird der Reizübertragung hingegen ignoriert, ist die Repräsentation seiner zukünftigen Position nur mit der Stimuluspräsentation möglich. Dies bedeutet, dass Aufmerksamkeit alle Verarbeitungsressourcen auf die Vorhersage der zukünftigen Position aufgabenrelevanter Objekte richtet und dadurch die Wahrnehmung und die Verhaltensleistung verbessert, während Ablenkungen unterdrückt werden. Zusammengenommen beleuchten dies Forschungsergebnisse, wie Aufmerksamkeit strategisch ausgerichtet wird, um Extrapolation zu steuern und eine effiziente Beobachtung mehrerer sich bewegender Reize oder eine genaue Kodierung aufgaben relevanten Reize zu erreichen. Dies erleichtert die erfolgreiche Navigation in dynamischen visuellen Umgebungen. Ich diskutiere die Beziehung zwischen Vorhersage- und Aufmerksamkeitsprozessen in Rahmen von „predictive coding“ Theorien. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Yook, Jeong In jyook@student.unimelb.edu.au UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-734623
Date:	24 February 2024
Language:	English
Faculty:	Faculty of Human Sciences
Divisions:	Faculty of Human Sciences > Department Psychologie
Subjects:	Psychology
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language cognitive neuroscience, cognitive psychology, motion perception, motion extrapolation, neural processing delays, predictive processing, electroencephalography, psychophysics, visual illusions, multivariate pattern analysis, visual attention, selective attention, divided attention English
Date of oral exam:	5 July 2024
Referee:	Name Academic Title Vossel, Simone Prof. Dr. Weidner, Ralph PD Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/73462