Mikrosakkaden als objektiver Zugang zu visueller Orientierung und Selektion

Unsere Vorarbeiten zeigen, daß Mikrosakkaden (MS) quantitative Hinweise nicht nur auf Richtung & Zeitpunkt v. Aufmerksamkeitsverschiebungen, sondern auch auf d. Position fortgesetzter Aufmerksamkeit geben können. Neuere Arbeiten mit nicht-menschlichen Primaten legen nahe, daß Mikrosakkaden d. Aktivität einer Unterklasse v. Neuronen in einer Reihe v. anatomisch getrennten, aber funktional integrierten Hirnregionen widerspiegeln (Kollikulus superior, frontale Augenfelder, lateraler intraparietaler Sulcus). Dieses ‘selection map’ Netzwerk scheint versch. Aspekte d. visuellen Orientierung u. Selektion – darunter visuelle Aufmerksamkeit, visuelle Salienz & Sakkadenvorbereitung – zu integrieren.
Wir schlagen eine Reihe v. weiterführenden Experimenten mit menschl. Versuchspersonen vor, welche d. objektiven Zugang zur vis. Orientierung u. Selektion ausnutzen, d. Mikrosakkaden geben können. Insbesondere möchten wir unsere einzigartige Expertise in psychophysischen Doppelaufgaben mit d. Messung v. Mikrosakkaden & mit rechner. Modellen kombinieren, um d. Wechselwirkungen v. vis. Aufmerksamkeit, vis. Salienz & Sakkadenvorbereitung umfassend zu charakterisieren. 

Ziele: s. Kurzbeschreibung englisch
Das vorgeschlagene Arbeitsprogramm mit menschl. Probanden wird wichtige Befunde an nicht-menschl. Primaten bestätigen & erweitern. Es wird zeigen, wie unterschiedl. Aspekte d. Orientierung miteinander wechselwirken, welche funktionalen Abstimmungen erfolgen. Es wird kontrovers diskutierte Theorien d. kognitiven Aufmerksamkeitsforschung – “limited capacity”, “saliency map”, Beziehung zu ‘awareness’ – überprüfen & möglicherweise deren neurobiol. Entsprechungen in einer ‘selection map’ enthüllen. Schließlich wird d. Vorhaben alle Beschreibungsebenen – Diskriminationsleistung, Aufmerksamkeitszuteilung, Augenbewegungen & ‘selection map’ Aktivität – in einem kompakten rechner. Rahmen zusammenführen, welcher seinerseits zahlreiche überprüfbare Vorhersagen liefern wird.

Microsaccades as an objective index to visual orienting and selection

Our prior work has shown that microsaccades (MS) provide quantitative information not just about the direction and timing of attention shifts, but also about the location of continuously sustained attention. Recent work with non-human primates suggests that microsaccades reflect the activity of so-called visual selection neurons in a functionally integrated network of anatomically distributed brain areas (superior colliculus, frontal eye fields, lateral intraparietal area). This ‘selection map’ network is thought to integrate several aspects of visual orienting and selection, including top-down attention, bottom-up saliency, and saccade preparation.
We now propose a series of further human experiments to exploit the fact that micro saccades shadow these different aspects of orienting and selection. Specifically, we will combine our unmatched expertise in dual-task psychophysics with microsaccade observations and with computational modeling in order to characterize the interaction of top-down attention, bottom-up saliency, and saccade preparation in unprecedented detail.
The particular objectives of the proposed project are as follows:

The particular objectives of the proposed project are as follows:

Quantify the modulation of MS statistics by top-down visual attention, bottom-up visual saliency, and saccade planning.
Test the hypothesis that different orienting processes compete for a “limited resource”, the engagement of which is mirrored by MS statistics. 
Establish whether top-down and bottom-up selection modulate MS statistics in a comparable manner, as predicted by “saliency map” theories of visual attention .
Test the hypothesis that visual performance “outside the focus of attention” is associated with saliency-based modulations of MS statistics.
Clarify the much disputed relation between attention and discrimination performance (awareness) .
Model ‘selection map’ activity in a manner consistent with data from non-human primates (data from Dr. Hafed, Tübingen). Predict MS statistics from stochastic fluctuations in the model activity.
The proposed work with human observers will confirm and extend important findings from nonhuman primates. It will reveal how different aspects of visual orienting interact and are functionally integrated. It will test controversial theories of cognitive attention research – “limited capacity”, “saliency map”, relation to awareness – and may reveal their neurobiological basis in a ‘selection map’. Finally, the project will integrate all levels – perceptual performance, orienting states, fixational eye movements, and ‘selection map’ activity – in a compact computational framework, which in turn will generate numerous testable predictions.