Vertiefung Experimentelle Bewusstseinsforschung Wintersemester 2020/21 - Info-Veranstaltung
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Vertiefung
Experimentelle Bewusstseinsforschung
Wintersemester 2020/21
Info-Veranstaltung
08. Juli 2020
Formales
Voraussetzungen / Erwünscht
• Erfolgreicher Abschluss mindestens eines Moduls aus dem
Grundlagenbereich „Kognitive Neurowissenschaften“:
M.Psy.201: Experimentelle Bewusstseinsforschung
M.Psy.202: Neurophysiologie Wahrnehmung und Aufmerksamkeit
M.Psy.206: Behaviorale Neurowissenschaften
M.Psy.305: Biologische Grundlagen interindividueller Unterschiede
M.Psy.901: From Vision to Action
M.Psy.1003: Affektive Neurowissenschaften
• Vorerfahrung Programmierung (Matlab, Presentation, M.Bio.372)
• Vorerfahrung Psychophysik (M.Bio.373)
2
Formales
Bewerbung bis zum 12.08.2020 per email an
Thorsten.Albrecht@biologie.uni-goettingen.de oder talbrec@gwdg.de
Notwendige Unterlagen:
• kurzes Motivationsschreiben (1/2 Seite)
• Wunschthema inkl. konkreter und begründeter Forschungsfrage
(1/2 Seite)
• Lebenslauf
• Auflistung der bisherigen Module und Noten im Master
(auch aktuell belegte Module, die noch nicht abgeschlossen sind)
• Sonstige Vorkenntnisse
3
Idee für eine Masterarbeit: Thema, Frage, Hypothese
In der Regel: Mitarbeit an einem Projekt der Abteilung
Ausnahme: Realisierung eines eigenen Themas
→ Vorarbeit vor Beginn der Vorlesungszeit
Kann das funktionieren?
Ist die Idee für eine Masterarbeit geeignet?
Welche Vorversuche muss ich durchführen?
Konkretisierung des Projektes, Durchführung, Auswertung
- Projekt wird in der Masterarbeit unverändert fortgeführt
- Projekt wird angepasst und fortgeführt
- Projekt wird neu ausgerichtet
- Worst Case: vorgegebene Masterarbeit zu Projekt aus Abteilung
4
Planungsphase
• Überblick der Literatur
• „Ankeruntersuchung“
• Klar begründete Fragestellung/Hypothesen ableiten
• Experimentalplanung
Aufbauphase
• Material erstellen
• Auswertungsschema erstellen
• (Möglichkeit das Experiment selbst zu programmieren)
• Experiment und Auswertung an sich selbst testen
Durchführungsphase
• Experiment durchführen (10 Messungen vornehmen)
• Daten deskriptiv und inferenzstatistisch auswerten
• Projekt im Plenum vorstellen (Studienleistung)
5
Zeitplan / Semesterplan
• Termin: mittwochs 12.15 Uhr – 13.45 Uhr; 14.15 Uhr – 15.45 Uhr
• Ort: Expra-Haus, Raum 0.106 oder Online
Plenumstermine
04.11.2020 Vorstellen des geplanten Projektes
23.12.2020
Verteidigung des fertigen Versuchsplans
13.01.2021
10.02.2021 Präsentation der Ergebnisse (so weit vorhanden)
6
Methoden und Paradigmen
Zur Verfügung stehende Methoden und Analyseverfahren
• Objektive und subjektive Verhaltensmessungen
• Eye-Tracking
• Dichoptische Darbietung (Binokulare Rivalität, CFS, VR)
• EEG
• tDCS
• Zeitreihenanalysen (Event-History-Analysen, Dense Sampling)
• Reaktionszeitmodellierung (Akkumulator-Modelle,
Diffusionsmodelle)
• ERPs, SSVEPs, Zeit-Frequenzanalysen
• MVPA (Multivariate Pattern Analysis, „Decoding“)
7
Themen
(1) Zeitliche Integration und Segregation als grundlegende
Eigenschaften der visuellen Wahrnehmung
(2) Multiple Prozesse visueller Maskierung
(3) Zeitliche Dynamik in der Wahrnehmung visueller Illusionen
(4) Quantitative Modelle perzeptueller Entscheidungen
(5) SWIFT (Semantic Wavelet Induced Frequency Tagging)
(6) Aufmerksamkeit und (un)bewusste Wahrnehmung
8
Übergeordnete Fragestellungen
• Spezifizierung der Mechanismen und modulierender Faktoren
• Vereinheitlichung der Befunde aus unterschiedlichen Paradigmen
• Funktionelle Lokalisation
(z.B. durch Elektrophysilogie, Contrast-Response-Functions)
• Zeitliche Dynamik der Phänomene / Prozesse
9
(1) Zeitliche Integration und Segregation
• Das visuelle System findet Balance zwischen stabiler Umwelt
(Integration) und Veränderung (Segregation).
→ Temporal Integration Windows
Temporal
Integration
Window
Time
Neuronale Oszillationen als Mechanismus der
temporalen Integrationsfenster
10(1) Zeitliche Integration und Segregation
• Das visuelle System findet Balance zwischen stabiler Umwelt
(Integration) und Veränderung (Segregation).
– Messung der zeitlichen Integration z.B. Missing Element Task
– Messung zeitlicher Separation in der Regel mit anderen Paradigmen
z.B. Critical Flicker Fusion, Two-Flash-Threshold, Temporal Order
Judgement
→ geringe Korrelation zwischen den einzelnen Maßen! Warum?
+ =
Wo ist das fehlende Element?
12(1) Zeitliche Integration und Segregation
Sharp et al. (2018)
13(1) Zeitliche Integration und Segregation
Projektziele / mögliche Themen:
• Vereinheitlichung von Befunden zur temporalen Integration
und/oder Segregation
• Funktionelle Lokalisation von Integration und Segregation
(z.B. Elektrophysiologie, Contrast Response Functions)
• Spezifizierung der Relation zwischen Prozessen der Integration und
Segregation
• Zusammenhang von Integration und Segregation mit anderen
Prozessen (Maskierung, Bewegungswahrnehmung).
Literatur (Beispiele):
• Akyürek, E. G., Schubö, A., & Hommel, B. (2010). Fast temporal event integration in the visual
domain demonstrated by event-related potentials. Psychophysiology, 47, 512–522. doi:
10.1111/j.1469-8986.2010.00962.x
• Akyürek, E. G., & Meijerink, S. K. (2012). The deployment of visual attention during temporal
integration: An electrophysiological investigation. Psychophysiology, 49(7), 885-898.
• Schmidt, I. (2014). Are integration and differentiation processes related to metacontrast masking
functions. Masterarbeit
• Sharp, P., Melcher, D., & Hickey, C. (2018). Endogenous attention modulates the temporal
window of integration. Attention, Perception, & Psychophysics, 80(5), 1214-1228.
14(2) Prozesse der visuellen Maskierung
Metacontrast:
a) A brief target is followed by a masking
a) Fixation
fixation
stimulus, whose inner contours fit
750 ms
750 ms
snugly around the contours of the
fixation
target
750 ms
Target
target imperative signal for
24 ms
24 ms target ID task
target imperative signal for
Visibility is a function of stimulus onset
24 ms target ID task
SOA
asynchrony.
SOA
24 - 84 ms
24 - 84 ms
SOA
24 - 84 ms
Mask
mask
106 ms
106 ms
mask
imperative signal for
choice RT task
imperative signal for
Depending on stimulation parameters
and task:
time 106 ms choice RT task
time
b)
Increasing masking function (Type-A)
Decreasing masking function (Type-B)
b) congruent incongruent
congruent incongruent
target
target
mask
mask
15(2) Prozesse der visuellen Maskierung
Discrimination performance (d‘)
Despite identical stimulation subjects show either
3
Type-A decreasing or increasing masking functions.
2
1
Differences relate to the perception and use of
different perceptual cues.
0
Type-B
24 36 48 60 72 84 Not all participants fit into one specific cluster.
SOA (ms)
Some subjects perceive both cues.
Albrecht et al. (2010). ConsCog
Motion Afterimage Motion + Afterimage
Apparent Motion After Image
Albrecht & Mattler (2012). JoV
16(2) Prozesse der visuellen Maskierung
→ Metakontrast ist ein mehrfaktorielles Phänomen!
→ Welche Faktoren/Prozesse spielen unter welchen Bedingungen eine Rolle?
→ Integration und Segregation
18(2) Prozesse der visuellen Maskierung
Mögliche Themen aufbauend aus Arbeiten aus der Abteilung:
- Spezifizierung der Prozesse bei sehr kurzen SOAs
- zeitliche Integration und Segregation als Determinanten bewusster
Wahrnehmung
- Funktionelle Lokalisierung mit Hilfe von Contrast-Response-functions (Brown
et al, 2018; Breitmeyer et al. 2018)
- Zeitliche Dynamik der Phänomenologie
- Lerneffekte in Bezug zu einzelnen beteiligten
Prozessen
Contrast
19(2) Prozesse der visuellen Maskierung
Literatur:
• Albrecht, T. & Mattler, U. (2010). Individual differences in metacontrast masking: A
call for caution when interpreting group data. Consciousness and Cognition, 19,
672-673.
• Albrecht, T. & Mattler, U. (2012a). Individual Differences in Subjective Experience
and Objective Performance in Metacontrast Masking. Journal of Vision, 12, 1 – 24.
• Albrecht, T. & Mattler, U. (2012b). Individual differences in metacontrast masking
regarding sensitivity and response bias. Consciousness and Cognition, 21, 1222–
1231.
• Albrecht, T., Klapötke, S. & Mattler, U. (2010). Individual differences in metacontrast
masking are enhanced by perceptual learning. Consciousness and Cognition, 19,
656-666.
• Albrecht, T. & Mattler, U. (2016). Individually Different Weighting of Multiple
Processes Underlies Effects of Metacontrast Masking. Consciousness and Cognition,
42, 162–180.
• Fleischhauer, M., Miller, R., Enge, S. & Albrecht, T. (2014). Need for cognition relates
to low-level visual performance in a metacontrast masking paradigm. Journal of
Research in Personality, 48, 45-50.
• Koster, N., Mattler, U. & Albrecht, T. (2020). Visual experience forms a
multidimensional pattern that is not reducible to a single measure: Evidence from
metacontrast masking. Journal of Vision, 20(3), 1-27.
20(3) Zeitliche Dynamik visueller Illusionen
Ponzo-Illusion Ebbinghaus-Illusion
Illusionen sind Inkonsistenzen zwischen Perzept des Betrachters und den
physikalischen Stimuluseigenschaften
Wann entstehen im Pfad der visuellen Verarbeitung?
→ Funktionelle Lokalisation der Illusionen
→ Erkenntnisse über zeitliche Dynamik visueller Verarbeitung
21(3) Zeitliche Dynamik visueller Illusionen
Funktionelle Lokalisation
– Repräsentation der Illusion in V1(Murray et al. 2006)
– Schnelle visuelle Suche von illusionärer Größe bestimmt (Busch &
Müller, 2004)
– Response Priming-Effekte des visuellen Perzepts (Schmidt, Weber &
Haberkamp, 2011; Schmidt & Haberkamp, 2015)
Schmidt, Weber & Haberkamp, 2011
Schmidt & Haberkamp, 2015(3) Zeitliche Dynamik visueller Illusionen
Contralateral
zum target
Late N2pc
Early N2pc
-2
0
2
zum target
Ipsilateral
-200 -100 0 100 200 300 400
Prime-Onset
Effekte der Ebbinghaus-Illusion haben 2 Phasen
→ Frühe Effekte der Ebbinghaus-Illusion folgen NICHT dem Perzept!
→ Aufmerksamkeitshypothese
→ Raumfrequenz-Hypothese(3) Zeitliche Dynamik visueller Illusionen
Aufbauend auf den Ergebnissen von Schmidt et al. sowie eigenen
Ergebnissen aus zwei Abschlussarbeiten.
Mögliche Themen:
• Kritische Überprüfung der eigenen Befunde:
– Welchen Effekt hat die Konfundierung von Antwort- und Targetseite?
– Experimentelle Manipulation des Einflusses der Inducer
• Untersuchung der Reaktionszeitabhängigkeit (z.B. Event-History
Analysen)
• Funktionelle Lokalisation mittels EEG und Überprüfung der
Aufmerksamkeitshypothese
• Funktionelle Lokalisation mittels Contrast-Response-Functions
• Untersuchung der zeitlichen Dynamik mittels „Frequency Tagging“
• Überprüfung der Raumfrequenz-Hypothese (z.B. Hybrid-Bildern)
25(3) Zeitliche Dynamik visueller Illusionen
Literatur:
Illusionspriming:
• Albrecht, T., Schmidt, T. & Schmidt, F. (in prep). Mapping out the temporal evolution
of Ebbinghaus illusion priming using event-related potentials.
• Schmidt, F., & Haberkamp, A. (2016). Temporal processing characteristics of the
Ponzo illusion. Psychological Research, 80(2), 273–285.
• Schmidt, F., Weber, A., & Haberkamp, A. (2016). Dissociating early and late visual
processing via the Ebbinghaus illusion. Visual Neuroscience, 33, E016.
Funktionelle Lokalisation visueller Illusionen:
• Nakashima, Y., & Sugita, Y. (2018). Size-contrast illusion induced by unconscious
context. Journal of vision, 18(3), 16-16.
• Song, C., Schwarzkopf, D. S., & Rees, G. (2011). Interocular induction of illusory size
perception. BMC neuroscience, 12(1), 27.
SSVEPs und wahrgenommene Größe:
• Chen, J., McManus, M., Valsecchi, M., Harris, L. R., & Gegenfurtner, K. R. (2019).
Steady-state visually evoked potentials reveal partial size constancy in early visual
cortex. Journal of vision, 19(6), 8-8.(4) Quantitative Modelle perzeptueller Entscheidungen
• Helfen bei der funktionellen Lokalisation von
perzeptuellen/kognitiven Effekten (z.B. Signal-Entdeckungstheorie
Interferenzeffekte, Priming, sozialer Einfluss) d‘
Kein Signal Signal
• Unterschiedliche Annahmen, Grundlagen und (Rauschen)
Mechanismen
• Gemeinsam sind 2 zentrale Parameter:
1. Güte/Qualität der Signalverarbeitung „NEIN“ „JA“
Kriterium
2. Antworttendenzen
Diffusionsmodell Akkumulator-Modell 27(4) Quantitative Modelle perzeptueller Entscheidungen
Mögliches Thema:
- Vergleich von zwei Modellen: Signal-Entdeckungstheorie
d‘
- Verorten die verschiedenen Modelle einen
perzeptuellen/kognitiven Effekt in Kein Signal Signal
äquivalenten Prozessen? (Rauschen)
- Haben die Parameter für Qualität bzw.
Antworttendenz die gleiche Bedeutung
über Modelle hinweg?
„NEIN“ „JA“
Kriterium
Diffusionsmodell Akkumulator-Modell 28(4) Quantitative Modelle perzeptueller Entscheidungen
Literatur:
• Akkumulator Modell:
– Vorberg, D., Mattler, U., Heinecke, A., Schmidt, T., & Schwarzbach, J. (2003).
Different time courses for visual perception and action priming. Proceedings of
the National Academy of Sciences, 100(10), 6275-6280.
• Diffusionsmodell:
– Voss, A., Nagler, M., Lerche, V. (2013). Diffusion models in experimental psychology.
Experimental Psychology, 60(6), 385–402.
– Voss, A., Rothermund, K., Gast, A., & Wentura, D. (2013). Cognitive processes in associative
and categorical priming: A diffusion model analysis. Journal of Experimental Psychology:
General, 142(2), 536.
– Voss, A., Voss, J., & Lerche, V. (2015). Assessing cognitive processes with diffusion model
analyses: a tutorial based on fast-dm-30. Frontiers in psychology, 6.
• Signal-Entdeckungstheorie:
– Macmillan, N. A., & Creelman, C. D. (2004). Detection theory: A user’s guide. 2nd edition,
Lawrence Erlbaum.
29(5) Semantic Wavelet-Induced Frequency-Tagging (SWIFT)
• Methode um semantische
visuelle Verarbeitung im EEG zu
markieren
• Idee: Präsentation von Stimulus
in festgelegter Frequenz f,
welche dann in der
Frequenzanalyse detektierbar ist(5) Semantic Wavelet-Induced Frequency-Tagging (SWIFT) Mögliche Fragestellungen: - Tritt SWIFT nur bei semantischen Stimuli auf? - Ist SWIFT Stimulus- oder Kategoriespezifisch? - Durch welche Top-Down Faktoren wird das SWIFT-Signal beeinflusst Literatur Gordon, N., Koenig-Robert, R., Tsuchiya, N., Van Boxtel, J. J., & Hohwy, J. (2017). Neural markers of predictive coding under perceptual uncertainty revealed with Hierarchical Frequency Tagging. Elife, 6, e22749. Gordon, N., Tsuchiya, N., Koenig-Robert, R., & Hohwy, J. (2019). Expectation and attention increase the integration of top-down and bottom-up signals in perception through different pathways. PLoS biology, 17(4), e3000233. Koenig-Robert, R., & VanRullen, R. (2013). SWIFT: a novel method to track the neural correlates of recognition. Neuroimage, 81, 273-282. Koenig-Robert, R., VanRullen, R., & Tsuchiya, N. (2015). Semantic Wavelet-Induced Frequency- Tagging (SWIFT) Periodically activates category selective areas while steadily activating early visual areas. PLoS One, 10(12), e0144858.
(6) Aufmerksamkeit und (un)bewusste Wahrnehmung
• Continuous Flash Suppression (CFS)
– Unbewusste Präsentation von Reizen durch interokulare Suppression
– Relativ neues experimentelles Paradigma (erste Publikation 2005)
– Zugrundeliegende Mechanismen z.T. noch ungeklärt …
Tsuchiya, N., & Koch, C. (2005). Nature Neuroscience, 8(8), 1096.
• Offene Fragen:
– Inwiefern werden unsichtbare Reize im Gehirn verarbeitet?
– Wie beeinflusst Aufmerksamkeit die (un)bewusste Wahrnehmung?
32(6) Aufmerksamkeit und (un)bewusste Wahrnehmung
• Inwiefern werden unbewusste Reize im Gehirn verarbeitet?
– Steady-State Visually Evoked Potentials (SSVEPs) im EEG
Bei Binokularer
Continuous Rivalität:
Flash Suppression:
Task: Report orientation (left/right)
Data collection:
One session with 600 trials
Zhang,
(100 P., Jamison,
trials K., Engel, S., He, B., & He, S.
per condition)
(2011). Neuron, 7(2), 362-369.
EEG recordings:
BioSemi ActiveTwo (64 channel)
Sampling at 2048 Hz
33(6) Aufmerksamkeit und (un)bewusste Wahrnehmung
FFT analysis of EEG data
(averaged across electrodes O1, Iz, Oz, O2) (N=19)
34(6) Aufmerksamkeit und (un)bewusste Wahrnehmung
Beeinflusst Aufmerksamkeit die Wahrnehmung unter CFS?
• EEG-Experiment (Messung von SSVEPs bei CFS)
• Konstante Stimulation in verschiedenen Bedingungen
• Manipulation der (willentlichen) Aufmerksamkeit
zwischen verschiedenen Bedingungen
1. Aktive Beachtung der CFS-Masken
2. Aktive Beachtung der (unsichtbaren) Reize
3. Passive Betrachtung der rivalisierenden Reize
(Baseline/Kontrollaufgabe)
Hypothesen
• Willentliche Aufmerksamkeit moduliert die neuronale Reizverarbeitung
– Deutliches SSVEP wenn Reiz aufgabenrelevant ist
– Schwaches SSVEP wenn Reiz aufgabenirrelevant ist
• Bewusste Wahrnehmung ist von Aufmerksamkeit abhängig
– Willentliche Aufmerksamkeit als „Türhüterin“ des Bewusstseins (vgl. Wundt):
Bewusste Wahrnehmung eines CF-supprimierten Reizes setzt Aufmerksamkeit voraus
– Kritische Frage: Sind SSVEPs von nicht-beachteten (sichtbaren) Reizen kleiner als von
beachteten (unsichtbaren) Reizen?
35Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Fragen zu einzelnen Themen sowie
Bewerbung bis zum 12.08.2020 per email an
Thorsten.Albrecht@biologie.uni-goettingen.de
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