Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.25673/13494
Title: Role of foveal and peripheral vision in contextual cueing and its retrieval in real-world scenes
Author(s): Porracin, Eleonora
Referee(s): Pollmann, Stefan
Granting Institution: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Naturwissenschaften
Issue Date: 2019
Type: Doctoral thesis
Exam Date: 2018
Language: English
Publisher: Otto von Guericke University Library, Magdeburg, Germany
URN: urn:nbn:de:gbv:ma9:1-1981185920-135897
Subjects: Klinische Psychologie
Abstract: Efficient visual search requires the selection of goal-relevant information in the environment. This mechanism is subject to visual cues that attract the observer’s attention. In complex real-world environments, contextual information is a powerful tool for guiding visual attention. This idea was first tested in a paradigm called contextual cueing. Contextual cueing is a form of learning in which the repeated exposure to a specific arrangement of target and distractors leads to a progressively more efficient visual search (Chun & Jiang, 1998). The memory for contextual information guides visual attention towards task-relevant parts of a scene, enhancing the efficiency in visual search tasks. Therefore, search time in repeated scenes decreases across repetitions, while the search time for new scenes remains constant throughout the experiment. The benefits in the repeated condition arise from the memory for scene-target covariation, explicitly encoded in visual long-term memory. Participants showed to retrieve the exact position of the target in repeated configurations. The contextual cueing effect is particularly strong in naturalistic environments because a scene is a semantically coherent view of a real-world environment with a background and multiple elements arranged in a consistent manner. The scene itself intrinsically suggests the range of plausible objects that can occur in a particular situation and the position the objects occupy in relation to each other. In real-world scenes, the context is highly predictable and the visual system takes advantage of this predictability. Contextual cuing is considered a form of spatial statistical learning. For the learning of the contingencies to occur, the visual system matches the incoming display with previous acquired memories: the easier the match, the faster the search for relevant targets. In the past decade, two contradictory theories have been debated regarding which part of the display is the most crucial, in order to detect contextual regularities. In the current work, a gaze-contingent technique was applied to fully dissociate the central/local context from the peripheral/global context and thereby solve the question of global versus local dominance. If contextual cueing in real-world scenes is based on local context, foveal vision should be sufficient for the effect to developed with a gaze-contingent window. At the opposite, if global context is necessary to guide visual search, exploring the scene with a simulated or natural scotoma should not impair contextual cueing effects. In order to investigate contextual cueing in real-world scenes, a set of twelve different 3D-rendered images of indoor environments were created. Participants were tested in a visual search task under different viewing conditions and subsequently, they performed a recognition task, where they had to retrieve the position of the target in the repeated displays, in order to establish the implicit or explicit nature of the memory in contextual cueing. In Experiment 1 contextual effects in real-world scenes were examined under tunnel vision. That is, participants could rely only on central vision while performing the search. In Experiment 2, the reverse condition was investigated, to determine the contribution of peripheral vision. Participants searched for the target in real-world scenes with a gaze-contingent scotoma. Finally, in Experiment 3 contextual cueing was inspected in patients suffering from age-related macular degeneration (AMD), in which the central part of the visual field is progressively lost, to determine whether realistic scenes would help patients with AMD to efficiently learn spatial regularities and facilitate search for a target. The results showed that search was faster in the repeated configurations compared to the configurations in which the target was in a new position at each presentation. Thus, contextual cueing developed over the course of the experiment when the search was performed with impaired viewing conditions. The explicit memory representation of the scenes interacted with visual attention to enable efficient search in repeated configurations. Although the visual system adapted to be sensitive to repeated spatial locations, contextual learning is encoded with respect to a hierarchical representation of the scene, that is, memory for the target location is learnt relative to optimal sub-regions of the scene. The present results suggest, that visual search is optimally driven by the local context around the target. However, when the local information is not available, learning of the repeated target position can also take place in periphery. Furthermore, patients with AMD develop an eccentric extrafoveal retinal spot outside the scotoma, called preferred retinal locus (PRL), that acts like a pseudo-fovea. The PRL allows patients to relocate visual attention to the peripheral part of the visual field for encoding the objects and their location and storing target position in visual long-term memory.
Effiziente visuelle Suche erfordert die Auswahl von zielrelevanten Informationen in der Umgebung. Dieser Mechanismus unterliegt visuellen Hinweisen, die die Aufmerksamkeit des Betrachters auf sich ziehen. In komplexen realen Umgebungen sind kontextbezogene Informationen ein leistungsfähiges Werkzeug, um visuelle Aufmerksamkeit zu lenken. Diese Idee wurde zuerst in einem Paradigma namens Contextual Cueing getestet. Kontextuelles Cueing ist eine Form des Lernens, bei der die wiederholte Präsentation einer spezifischen Anordnung von Ziel- und Distraktoren zu einer zunehmend effizienteren visuellen Suche führt (Chun & Jiang, 1998). Der Speicher für kontextabhängige Informationen lenkt die visuelle Aufmerksamkeit auf aufgabenrelevante Teile einer Szene und erhöht die Effizienz visueller Suchaufgaben. Daher nimmt die Suchzeit in wiederholten Szenen über Wiederholungen hinweg ab, während die Suchzeit für neue Szenen während des gesamten Experiments konstant bleibt. Der kontextabhängige Cueing-Effekt ist in naturalistischen Umgebungen besonders stark, da eine Szene eine semantisch kohärentes Abbild einer realen Umgebung, mit auf konsistente Weise angeordnetem Hintergrund und Elementen, ist. Die Szene selbst suggeriert intrinsisch, wo verschiedene Elemente plausibel auftreten können und die Position, die die Objekte in Bezug zueinander einnehmen. In realen Szenen ist der Kontext daher einfacher vorhersehbar und das visuelle System nutzt diese Vorhersagbarkeit aus. Kontextuelle Suche wird als eine Form des räumlichen statistischen Lernens betrachtet. Für das Erlernen der Kontingenzen passt das visuelle System die derzeitige Präsentation an die zuvor erworbenen Erinnerungen an: Je einfacher die Übereinstimmung ist, desto schneller ist die Suche nach relevanten Zielen. Im letzten Jahrzehnt entstanden zwei widersprüchliche Theorien, welcher Teil des Displays am wichtigsten ist, um kontextuelle Regelmäßigkeiten zu erkennen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Blick-kontingente Technik angewandt, um den zentralen / lokalen Kontext vom peripheren / globalen Kontext vollständig zu trennen und damit die Frage der globalen gegenüber der lokalen Dominanz zu beantworten. Wenn das kontextuelles Cueing in realen Szenen auf lokalem Kontext basiert, sollte das foveale Sehen ausreichend sein, damit sich der Effekt mit einem Blick-kontingenten Fenster entwickeln kann. Wenn im Gegensatz dazu der globale Kontext für die visuelle Suche notwendig ist, sollte die Erkundung der Szene mit einem simulierten oder natürlichen Skotom die kontextabhängigen Cueing-Effekte nicht beeinträchtigen. Um das kontextuelle Cueing in realen Szenen zu untersuchen, wurde ein Set von zwölf verschiedenen 3D-gerenderten Bildern von Innenumgebungen erstellt. Die Teilnehmenden wurden in einer visuellen Suchaufgabe unter verschiedenen Betrachtungsbedingungen getestet. Anschließend führten sie eine Erkennungsaufgabe durch, bei der sie die Position des Ziels in den wiederholten Anzeigen abrufen mussten, um die implizite oder explizite Natur des kontextabhängigen Speichers kontextabhängig zu ermitteln. In Experiment 1 wurden kontextuelle Effekte in realen Szenen unter Tunnelsicht untersucht. Das heißt, Teilnehmende konnten sich bei der Suche nur auf das zentrale Sehen verlassen. In Experiment 2 wurde der umgekehrte Zustand untersucht, um den Beitrag des peripheren Sehens zu bestimmen. Die Teilnehmende suchten in realen Szenen mit einem Blickkontingent-Skotom nach dem Ziel. Schließlich wurde in Experiment 3 kontextuelles Cueing bei Patientinnen und Patienten mit altersbedingter Makuladegeneration (AMD) untersucht, um festzustellen, ob realistische Szenen diesen helfen würden, räumliche Gesetzmäßigkeiten effizient zu lernen und die Suche nach einem Ziel zu erleichtern. Die Ergebnisse zeigten, dass die Suche in den wiederholten Konfigurationen schneller war als in den Konfigurationen, in denen sich der Zielreiz bei jeder Präsentation in einer neuen Position befand. Das heißt, es entwickelte sich im Verlauf des Experiments kontextuelles Cueing, selbst wenn die Suche mit beeinträchtigten Betrachtungsbedingungen durchgeführt wurde. Die explizite Erinnerungspräsentation der Szenen interagierte mit visueller Aufmerksamkeit, um eine effiziente Suche in wiederholten Konfigurationen zu ermöglichen. Obwohl das visuelle System angepasst ist, um effizient auf wiederholte räumliche Darbietung zu reagieren, wird räumliches kontextuelles Lernen in Bezug auf eine hierarchische Szenendarstellung codiert, das heißt, ein Speicher für den Zielort wird relativ zu optimalen Teilbereichen der Szene gelernt. Die vorliegenden Ergebnisse legen nahe, dass die visuelle Suche optimal durch den lokalen Kontext um das Ziel herum gesteuert wird. Wenn jedoch die lokale Information nicht verfügbar ist, kann das Lernen der wiederholten Zielposition auch in der Peripherie stattfinden. Darüber hinaus entwickeln Patientinnen und Patienten mit AMD einen exzentrischen extrafovealen Netzhautfleck außerhalb des Skotoms, den so genannten Preferred Retinal Locus (PRL), der sich wie eine Pseudofovea verhält. Der PRL ermöglicht es an AMD Leidenten, die visuelle Aufmerksamkeit auf den peripheren Teil des Gesichtsfeldes zu verlagern, um die Objekte und ihren Ort zu codieren und die Zielposition im visuellen Langzeitgedächtnis zu speichern.
URI: https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/13589
http://dx.doi.org/10.25673/13494
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