Predicting the future: spatial facilitation further ahead of visual motion

Abstract

Varios estudios prueban que el movimiento induce una rápida propagación de la actividad neuronal y una corta latencia neuronal mediada por las conexiones horizontales. Las señales de facilitación del movimiento modulan la actividad de las neuronas adyacentes con campos receptivos alineados en el espacio visual. Esto podría implicar un efecto facilitador en las posiciones a ser activadas en un futuro próximo por el objeto en movimiento. En esta tesis doctoral nos planteamos obtener evidencia psicofísica sobre una facilitación perceptiva en la zona por delante del movimiento.

En el estudio preliminar (Experimentos 1 y 2) los target cercanos al movimiento fueron detectados un mayor número de veces y con menor tiempo de reacción cuando estaban precedidos por movimiento. Para profundizar en el conocimiento sobre el efecto de facilitación espacial, utilizamos un paradigma que permite evaluar las características de los estímulos que modulan el mecanismo de conexiones horizontales - el contraste, la orientación y la distancia. Además, estudiamos la influencia de la longitud y del número de trayectorias de movimiento. El movimiento se indujo con parches Gabor que se movían a lo largo de diferentes trayectorias lineales hacia uno de los dos target estáticos. Se manipuló el onset de los target de acuerdo con el método de los estímulos constantes. Los resultados de los Experimentos 3 y 4 revelaron que los target presentados cerca de donde termina el movimiento se perciben antes en el tiempo y también como más brillantes en comparación con el target presentado en una ubicación más distante. Además, el efecto de facilitación aumentó con el número de objetos en movimiento. Para probar si el efecto dependía de la orientación de los parches Gabor llevamos a cabo el Experimento 5, en el que los Gabor se orientaban ortogonales respecto a la dirección de movimiento. Los resultados revelaron efectos facilitadores significativos. En el Experimento 6, se manipularon las distancias entre el movimiento y el target pero estas no fueron lo suficientemente largas para suprimir el efecto facilitador, a pesar de que se observó una tendencia a su disminución con el aumento de la distancia. Asimismo, los resultados del Experimento 7 muestran que aumentar el contraste de movimiento provoca también un incremento en el efecto facilitador. Contrariamente a lo que se esperaba, el efecto facilitador no varió según la longitud de trayectoria (Experimento 8). En el Experimento 9 probamos la longitud de trayectoria bajo dos niveles de contraste de movimiento, y encontramos una vez más que la facilitación dependió del nivel de contraste pero no dependió de la longitud de trayectoria. Para descartar la posibilidad de que la presencia de Gabor estáticos fuera la responsable del efecto de facilitación, se investigó también la presencia de uno, dos o tres Gabor estáticos junto a la ubicación del target (Experimento 10) observándose que la presencia de los Gabor estáticos no provoca un efecto facilitador significativo, lo que indica que el efecto es específico de objetos en movimiento.

En conclusión, nuestros resultados prueban que un target cercano al área donde termina el movimiento se percibe antes y como más brillante que un target situado en una posición lejana. Esto puede explicarse por las modulaciones facilitadoras a través de las conexiones horizontales, que se cree que son responsables de una difusión rápida de la actividad de las neuronas adyacentes y alineadas en el espacio visual. Por lo tanto, nuestros resultados revelan una codificación predictiva anticipatoria para objetos en movimiento, probablemente con estrategias heurísticas responsables de proporcionar la mejor solución para una situación particular, ya que el escenario de un objeto que se mueve en tan sólo dos posiciones fue capaz de provocar un efecto facilitador.

There is strong evidence that motion elicits a fast spread of neural activity with a short neural latency mediated by horizontal connections. Facilitated motion signals modulate activity in adjacent neurons with receptive fields coaligned in the visual space. This modulation may lead to a facilitatory effect at those locations likely to be activated in the near future by the moving object. In this doctoral dissertation we aimed to obtain psychophysical evidence for perceptual facilitation in the area ahead of motion. In the preliminary study (Experiments 1 and 2) it was observed that targets where more often detected and with lower reaction times if preceded by nearby predictable motion. We went further on the analysis of such facilitatory effects using a different type of paradigm aiming to test stimuli parameters known to modulate horizontal connections spread of information, i.e. contrast, orientation and distance. Additionally, we also tested the influence of the length and the number of motion trajectories. To this end we designed a series of experiments in which one target was displayed in the subsequent position after motion and the other target was displayed at a distant position, according to the constant stimuli method. We expected that by increasing contrast and trajectory length, temporal facilitation would be enhanced as well (i.e., target onset would be perceived earlier). On the contrary, by increasing the distance from motion trajectories and the subsequent target would diminish that effect. On the other hand, orientation of Gabor patches carrier orthogonal to the trajectory should facilitated targets detection in a lesser degree. Results of Experiments 3 and 4 revealed that the target presented next to the leading edge of motion trajectories was perceived earlier and as brighter as compared to the target displayed in a distant location. In addition, such facilitatory effect increased with the number of motion trajectories. Results of Experiment 5 revealed significant facilitatory effects, indicating that facilitation was prompted as well for orthogonal Gabor patches. In Experiment 6 we observed that all the distances between motion and target location were not sufficiently long to observe a suppression of such facilitatory effect, although a trend to it decreasing with distance was observed. Furthermore, results from Experiments 7 showed that by increasing motion contrast such effect also incremented. However, contrarily to what was expected, the facilitatory effect did not vary across trajectory length conditions (Experiment 8). In Experiment 9 we tested length trajectories under two levels of motion contrast, and we found again that facilitation depended on trajectory contrast whether it did not depend on trajectory length. To rule out the possibility that the presence of static Gabor could also facilitate targets onset detection, we tested the presence static Gabor patches next to the location of the subsequent target (Experiment 10). Results revealed that they did not yield a significant facilitatory effect indicating that the effect is specific to moving objects. In conclusion, our data gives evidence that a target located next to the leading edge of a moving object is perceived earlier and as brighter than a target located in a distant position. Our results may be explained by facilitatory modulations across horizontal connections, which are thought to be responsible for a fast and enhanced spreading activity of adjacent neurons coaligned in visual space. Hence, our findings reveal a predictive anticipation for moving objects probably with heuristics strategies responsible to provide the best solution for a particular situation, as the scenario of an object that moved in two closed positions that was sufficient enough to boost a facilitatory effect.