A Gestalt in primary visual cortex? : applying neurophysiological methods to capture a psychophysical phenomenon

‘The whole is more than the sum of its parts.’ This idea has been brought forward by psychologists such as Max Wertheimer who formulated Gestalt laws that describe our perception. One law is that of collinearity: element
‘The whole is more than the sum of its parts.’ This idea has been brought forward by psychologists such as Max Wertheimer who formulated Gestalt laws that describe our perception. One law is that of collinearity: elements that correspond in their local orientation to their global axis of alignment form a collinear line, compared to a noncollinear line where local and global orientations are orthogonal. Psychophysical studies revealed a perceptual advantage for collinear over non-collinear stimulus context. It was suggested that this behavioral finding could be related to underlying neuronal mechanisms already in the primary visual cortex (V1). Studies have shown that neurons in V1 are linked according to a common fate: cells responding to collinearly aligned contours are predominantly interconnected by anisotropic long-range lateral connections. In the cat, the same holds true for visual interhemispheric connections. In the present study we aimed to test how the perceptual advantage of a collinear line is reflected in the anatomical properties within or between the two primary visual cortices. We applied two neurophysiological methods, electrode and optical recording, and reversibly deactivated the topographically corresponding contralateral region by cooling in eight anesthetized cats. In electrophysiology experiments our results revealed that influences by stimulus context significantly depend on a unit’s orientation preference. Vertical preferring units had on average a higher spike rate for collinear over non-collinear context. Horizontal preferring units showed the opposite result. Optical imaging experiments confirmed these findings for cortical areas assigned to vertical orientation preference. Further, when deactivating the contralateral region the spike rate for horizontal preferring units in the intact hemisphere significantly decreased in response to a collinear stimulus context. Most of the optical imaging experiments revealed a decrease in cortical activity in response to either stimulus context crossing the vertical midline. In conclusion, our results support the notion that modulating influences from stimulus context can be quite variable. We suggest that the kind of influence may depend on a cell’s orientation preference. The perceptual advantage of a collinear line as one of the Gestalt laws proposes is not uniformly represented in the activity of individual cells in V1. However, it is likely that the combined activity of many V1 neurons serves to activate neurons further up the processing stream which eventually leads to the perceptual phenomenon.
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„Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“ Dieser Ausspruch wurde besonders durch Gestaltpsychologen wie Max Wertheimer geprägt. Es wurden Gestaltgesetze formuliert, welche unsere Wahrnehmung beschreiben. Eines die
„Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“ Dieser Ausspruch wurde besonders durch Gestaltpsychologen wie Max Wertheimer geprägt. Es wurden Gestaltgesetze formuliert, welche unsere Wahrnehmung beschreiben. Eines dieser Gesetze betrifft die Kollinearität: Objekte, die in ihrer lokalen Orientierung mit der globalen Achse ihrer Anordnung übereinstimmen, bilden eine kollineare Linie. Diese wird im Gegensatz zu einer nicht-kollinearen Linie, bei der die lokale und globale Orientierung orthogonal zueinander sind, als „bessere“ Gestalt wahrgenommen (Wertheimer, 1923). Psychophysische Studien konnten diesen Wahrnehmungsvorteil einer kollinearen Linie bestätigen. Ein gängiger Stimulus zur experimentellen Testung ist ein Gabor Element, ein sinusoidales Streifenmuster gewichtet durch eine Gausfunktion. Versuchspersonen konnten eine Linie kollinear angeordneter Gabors umgeben von zufällig angeordneten Gabors schneller wieder erkennen, als wenn die Elemente nicht-kollinear angeordnet waren (Field & Hess, 1993). Weiterhin konnte gezeigt werden, dass ein zentraler Gabor schon bei sehr geringem Kontrast erkannt wird, wenn dieser von anderen gleich orientierten Elementen entlang der kollinearen Achse umgeben war, nicht jedoch, wenn die Elemente orthogonal zu ihrer lokalen Orientierung angeordnet waren (Polat & Sagi, 1994). Die Forscher hatten außerdem zeigen können, dass die Elemente optimaler weise 3 λ (lies: Lambda) von einander entfernt sein sollten, ein Wert der die sinusoidale Wellenlänge des Streifenmusters beschreibt (Polat & Sagi, 1993). Den Forschern gemein war der Versuch, ihre Erkenntnisse auf Verhaltensebene neuronalen Grundlagen zuordnen zu können. Es wurde festgestellt, dass neuronale Zellen im primären visuellen Kortex (V1) bereits eine entscheidende Rolle für den beobachteten Wahrnehmungsvorteil kollinearer Linien spielen könnten. ...
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Metadaten
Author:Anne Schmidt
URN:urn:nbn:de:hebis:30-71388
Referee:Helfried Moosbrugger, Dieter Heyer
Advisor:Kerstin E. Schmidt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2009/10/14
Year of first Publication:2009
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2009/09/29
Release Date:2009/10/14
SWD-Keyword:Gestaltwahrnehmung ; Sehrinde
Note:
Diese Dissertation steht außerhalb der Universitätsbibliothek leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext zur Verfügung. Eine um persönliche Daten leicht gekürzte Fassung der Disseration ist unter http://publikationen.ub.uni-frankfurt.de/frontdoor/index/index/docId/38244 zugänglich
HeBIS PPN:219520747
Institutes:Psychologie
Dewey Decimal Classification:150 Psychologie
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoArchivex. zur Lesesaalplatznutzung § 52b UrhG

$Rev: 11761 $