An experimental exploration of automatic processes in visual perception

Abstract

Väitekiri keskendub nägemistaju protsesside eksperimentaalsele uurimisele, mis on suuremal või vähemal määral automaatsed. Uurimistöös on kasutatud erinevaid eksperimentaalseid katseparadigmasid ja katsestiimuleid ning nii käitumuslikke- kui ka ajukuvamismeetodeid. Esimesed kolm empiirilist uurimust käsitlevad liikumisinformatsiooni töötlust, mis on evolutsiooni käigus kujunenud üheks olulisemaks baasprotsessiks nägemistajus. Esmalt huvitas meid, kuidas avastatakse liikuva objekti suunamuutusi, kui samal ajal toimub ka taustal liikumine (Uurimus I). Nägemistaju uurijad on pikka aega arvanud, et liikumist arvutatakse alati mõne välise objekti või tausta suhtes. Meie uurimistulemused ei kinnitanud taolise suhtelise liikumise printsiibi paikapidavust ning toetavad pigem seisukohta, et eesmärkobjekti liikumisinformatsiooni töötlus on automaatne protsess, mis tuvastab silma põhjas toimuvaid nihkeid, ja taustal toimuv seda eriti ei mõjuta. Teise uurimuse tulemused (Uurimus II) näitasid, et nägemissüsteem töötleb väga edukalt ka seda liikumisinformatsiooni, millele vaatleja teadlikult tähelepanu ei pööra. See tähendab, et samal ajal, kui inimene on mõne tähelepanu hõlmava tegevusega ametis, suudab tema aju taustal toimuvaid sündmusi automaatselt registreerida. Igapäevaselt on inimese nägemisväljas alati palju erinevaid objekte, millel on erinevad omadused, mistõttu järgmiseks huvitas meid (Uurimus III), kuidas ühe tunnuse (antud juhul värvimuutuse) töötlemist mõjutab mõne teise tunnusega toimuv (antud juhul liikumiskiiruse) muutus. Näitasime, et objekti liikumine parandas sama objekti värvimuutuse avastamist, mis viitab, et nende kahe omaduse töötlemine ajus ei ole päris eraldiseisev protsess. Samuti tähendab taoline tulemus, et hoolimata ühele tunnusele keskendumisest ei suuda inimene ignoreerida teist tähelepanu tõmbavat tunnust (liikumine), mis viitab taas kord automaatsetele töötlusprotsessidele. Neljas uurimus keskendus emotsionaalsete näoväljenduste töötlusele, kuna need kannavad keskkonnas hakkamasaamiseks vajalikke sotsiaalseid signaale, mistõttu on alust arvata, et nende töötlus on kujunenud suuresti automaatseks protsessiks. Näitasime, et emotsiooni väljendavaid nägusid avastati kiiremini ja kergemini kui neutraalse ilmega nägusid ning et vihane nägu tõmbas rohkem tähelepanu kui rõõmus (Uurimus IV). Väitekirja viimane osa puudutab visuaalset lahknevusnegatiivsust (ingl Visual Mismatch Negativity ehk vMMN), mis näitab aju võimet avastada automaatselt erinevusi enda loodud mudelist ümbritseva keskkonna kohta. Selle automaatse erinevuse avastamise mehhanismi uurimisse andsid oma panuse nii Uurimus II kui Uurimus IV, mis mõlemad pakuvad välja tõendusi vMMN tekkimise kohta eri tingimustel ja katseparadigmades ning ka vajalikke metodoloogilisi täiendusi. Uurimus V on esimene kogu siiani ilmunud temaatilist teadustööd hõlmav ülevaateartikkel ja metaanalüüs visuaalsest lahknevusnegatiivsusest psühhiaatriliste ja neuroloogiliste haiguste korral, mis panustab oluliselt visuaalse lahknevusnegatiivsuse valdkonna arengusse.

The research presented and discussed in the thesis is an experimental exploration of processes in visual perception, which all display a considerable amount of automaticity. These processes are targeted from different angles using different experimental paradigms and stimuli, and by measuring both behavioural and brain responses. In the first three empirical studies, the focus is on motion detection that is regarded one of the most basic processes shaped by evolution. Study I investigated how motion information of an object is processed in the presence of background motion. Although it is widely believed that no motion can be perceived without establishing a frame of reference with other objects or motion on the background, our results found no support for relative motion principle. This finding speaks in favour of a simple and automatic process of detecting motion, which is largely insensitive to the surrounding context. Study II shows that the visual system is built to automatically process motion information that is outside of our attentional focus. This means that even if we are concentrating on some task, our brain constantly monitors the surrounding environment. Study III addressed the question of what happens when multiple stimulus qualities (motion and colour) are present and varied, which is the everyday reality of our visual input. We showed that velocity facilitated the detection of colour changes, which suggests that processing motion and colour is not entirely isolated. These results also indicate that it is hard to ignore motion information, and processing it is rather automatically initiated. The fourth empirical study focusses on another example of visual input that is processed in a rather automatic way and carries high survival value – emotional expressions. In Study IV, participants detected emotional facial expressions faster and more easily compared with neutral facial expressions, with a tendency towards more automatic attention to angry faces. In addition, we investigated the emergence of visual mismatch negativity (vMMN) that is one of the most objective and efficient methods for analysing automatic processes in the brain. Study II and Study IV proposed several methodological gains for registering this automatic change-detection mechanism. Study V is an important contribution to the vMMN research field as it is the first comprehensive review and meta-analysis of the vMMN studies in psychiatric and neurological disorders.