Hidden in plain sight : exploring the behavior and neural signatures of the apparent motion masking effect

국문 초록 (Abstract)

가현 운동(apparent motion, AM)은 서로 다른 위치에서 교대로 나타나는 정지된 물체를 뇌가 움직이는 것으로 인식하는 시각적 현상이다. 가현 운동에 관한 기존 행동 연구들은 운동 경로 상에 위치하며 유도 자극과 유사한 특징을 가진 표적의 인지율이 저하되는 마스킹 효과의 존재를 입증해 왔다 (Yantis and Nakama 1998; Chong et al., 2014). 본 연구에서는 가현 운동과 마스킹 효과 간의 관계를 규명하기 위해 마스킹을 유도하거나 억제하도록 설계된 전략적 과제를 수행하였다. 피험자들은 뇌파(EEG) 측정과 동시에 이지강제선택(2AFC) 표적 탐지 과제를 수행하였다. 가현 운동은 일정한 방향성을 가진 가보 패치(Gabor patches)를 교차 제시하여 유도하였으며, 표적 자극인 가보 패치는 지각된 운동 경로를 따라 8가지 방향 중 하나로 일정한 위치에서 가변적인 타이밍에 제시되었다. 표적의 방향은 유도 자극과 평행한 것부터 수직인 것까지 구성되었으며, 평행한 조건에서 마스킹 효과가 발생하였다. 피험자들은 표적 인지의 기저선을 파악하기 위한 대조군 조건과 함께 가현 운동 시행을 수행하였다. 모든 조건에서 표적 정보와 타이밍 오프셋은 일정하게 유지되었으며, 각 시행은 피험자가 표적 위치를 나타내는 안구 운동을 수행함으로써 종료되었다. 실험 결과, 예상과 일치하게 가현 운동 시행 중 유도 자극과 유사한 방향의 표적에서 탐지 오류가 빈번하게 발생하여 마스킹 효과의 존재가 확인되었다. 뇌파 분석 결과, 마스킹 발생 가능성이 가장 높은 평행 조건에 집중된 가현 운동 조건 특이적 신경 응답이 관찰되었다. 이 응답은 기대 형성이나 주의 집중의 타이밍과 일치하지 않으므로 표적의 출현과 직접적인 관련이 있다. 또한, 이러한 효과는 시각 체계와 관련된 후방 채널에서 가장 두드러졌으나, 전방 채널에서도 관찰되었다. 이후 피험자별 적합 오류율과 뇌파 데이터 간의 연관성을 도출하였다. 적합 진폭은 마스킹 조건에서의 신경 응답률과 직접적인 상관관계를 보였다. 이러한 연관성을 바탕으로 신경 응답에 미치는 주파수의 영향을 평가한 결과, 델타 대역이 뇌파 신호의 핵심 성분임을 확인하였다. 대역 차단 필터링(bandstop filtering)을 통해 델타 신호를 제거했을 때 행동 결과와 신경학적 성능 간의 연결 고리가 약화되었다. 이는 델타 주파수가 가현 운동 및 마스킹 효과 처리에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Apparent motion (AM) is the visual phenomenon caused by the perception of stationary objects, alternating in appearance at distinct locations, resulting in the brain perceiving the objects as if in motion. Previous behavioral studies of AM have established the presence of a masking effect, where targets located in the motion pathway with similar features to the inducing stimuli have an impaired rate of perception (Yantis and Nakama 1998; Chong et al.,2014). To better understand the connection between AM and the masking effect we employed a strategic task design to induce or deter masking. Participants performed a two-alternative forced-choice target detection task while being monitored by EEG. AM was induced using alternating Gabor patches with a constant orientation and target stimuli Gabor patches having one of eight possible orientations appeared in consistent locations, with variable timing, along the path of perceived motion. The orientations ranged from parallel to perpendicular in relation to the inducers, with the former being influenced by the masking effect. Participants performed these AM trials alongside control conditions meant to provide a baseline understanding of target perception. In all conditions target information and timing offsets remained consistent, and each trial concluded with subjects performing a saccade to indicate target location. Consistent with expectations, target orientations near the inducer stimuli orientation were prone to detection error during AM trials, confirming the presence of a masking effect. EEG analysis revealed a neural response distinct to the AM condition, concentrated in parallel trials where masking was most likely to occur. The response is directly related to the target appearance, as the timing is not consistent with building expectation or attention. Additionally, the effect is most prominent in the posterior channels, often associated with visual systems, however it was also present in other anteriorly located channels. A link was then established between subject specific fitted error rate, and EEG data. The amplitude of the fitting directly correlated to the neural response rates in the masked condition. Following this link we evaluated the impact of frequency on neural response and found delta to be a crucial component of the EEG signal. Removal of delta signal through bandstop filtering resulted in deterioration of the link between behavioral and neural performance. This indicates delta frequency may have a large role in the processing of AM and the masking effect.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Materials and Methods 4
• 2.1 Subjects 4
• 2.2 Stimuli and task design 5
• 2.3 Data acquisition 8
• 2.4 EEG data preprocessing 9
• 2.5 Analysis methods 10
• Chapter 3. Results 16
• 3.1 Behavior 16
• 3.2 Neural Patterns 20
• 3.3 The role of frequency on AM 29
• Chapter 4. Discussion 32
• 4.1 Behavioral considerations in the apparent motion condition 32
• 4.2 Neural response as a result of target appearance 34
• 4.3 Substantiating the link between behavior and neural findings 36
• 4.4 The influence of frequency, and importance of delta 37
• Chapter 5. Conclusion 39
• References 40
• Korean Abstract 43