Change blindness: eradication of gestalt strategies

Arrays of eight, texture-defined rectangles were used as stimuli in a one-shot change blindness (CB) task where there was a 50% chance that one rectangle would change orientation between two successive presentations separated by an interval. CB was eliminated by cueing the target rectangle in the first stimulus, reduced by cueing in the interval and unaffected by cueing in the second presentation. This supports the idea that a representation was formed that persisted through the interval before being 'overwritten' by the second presentation (Landman et al, 2003 Vision Research 43149–164]. Another possibility is that participants used some kind of grouping or Gestalt strategy. To test this we changed the spatial position of the rectangles in the second presentation by shifting them along imaginary spokes (by ±1 degree) emanating from the central fixation point. There was no significant difference seen in performance between this and the standard task [F(1,4)=2.565, p=0.185]. This may suggest two things: (i) Gestalt grouping is not used as a strategy in these tasks, and (ii) it gives further weight to the argument that objects may be stored and retrieved from a pre-attentional store during this task

Normal perception of Mooney faces in developmental prosopagnosia: evidence from the N170 component and rapid neural adaptation

Individuals with developmental prosopagnosia (DP) have a severe difficulty recognizing the faces of known individuals in the absence of any history of neurological damage. These recognition problems may be linked to selective deficits in the holistic/configural processing of faces. We used two-tone Mooney images to study the processing of faces versus non-face objects in DP when it is based on holistic information (or the facial gestalt) in the absence of obvious local cues about facial features. A rapid adaptation procedure was employed for a group of 16 DPs. Naturalistic photographs of upright faces were preceded by upright or inverted Mooney faces or by Mooney houses. DPs showed face-sensitive N170 components in response to Mooney faces versus houses, and N170 amplitude reductions for inverted as compared to upright Mooney faces. They also showed the typical pattern of N170 adaptation effects, with reduced N170 components when upright naturalistic test faces were preceded by upright Mooney faces, demonstrating that the perception of Mooney and naturalistic faces recruits shared neural populations. Our findings demonstrate that individuals with DP can utilize global information about face configurations for categorical discriminations between faces and non-face objects, and suggest that face processing deficits emerge primarily at more fine-grained higher level stages of face perception

Differential effects of script system acquisition and social immersion experience on face perception

Informelle Berichte zeigten größere Amplituden der durch Gesichter ausgelösten N170 Komponente im Ereigniskorrelierten Potenzial (EKP) bei asiatischen als bei kaukasischen Probanden. Als mögliche Ursache vermutete ich unterschiedliche Erfahrungen mit logographischen bzw. alphabetischen Schriftsystemen (Schriftsystem-Hypothese) oder die verstärkte Exposition mit unbekannten Gesichtern während der Immersion in eine neue soziale oder ethnische Umgebung (soziale Immersions-Hypothese). Zur Überprüfung dieser Hypothesen führte ich zwei kulturvergleichende Studien mit Erwachsenen bzw. Kindern durch. In Studie 1 untersuchte ich einheimische Chinesen und nicht-chinesische Auswärtige in Hongkong und deutsche Einheimische und chinesische Auswärtige in Berlin. Die Auswärtigen an beiden Orten zeigten größere N170 Amplituden auf Gesichter als die Einheimischen. Außerdem zeigten Deutsche, die erst kurze Zeit in Berlin lebten ähnliche Amplituden wie langjährige Einheimische. Insgesamt unterstützt Studie 1 die soziale Immersions-Hypothese, dass die Immersion in eine neue ethnische Umgebung zu einer Vergrößerung der N170 führt. Studie 2 untersuchte die Schriftsystem-Hypothese bei chinesischen und deutschen Erstlesern am Ende der ersten oder zu Beginn des zweiten Schuljahres an ihrem jeweiligen Heimatort. Die Ergebnisse unterstützen die Schriftsystem-Hypothese, dass chinesische Kinder eine größere N170 auf Gesichter zeigen als deutsche. Insgesamt konnte die vorliegende Dissertation zwei neue Einfluss-Faktoren auf das Gesichterverarbeitungs-System nachweisen, das erworbene Schriftsystem (logographische versus alphabetisch) und die Erfahrung sozialer Immersion in eine neue ethnische Umgebung. Diese Effekte zu ganz unterschiedlichen Zeitpunkten der Entwicklung (Kindheit vs. junges Erwachsenen-Alter) zeigen, dass das Gesichterverarbeitungs-System über lange Zeit seine Plastizität behält.Informal reports have shown larger face-elicited N170 component of event-related potential (ERP) in Asians than Caucasians participants. I proposed that different experience with logographic versus alphabetic scripts (script system hypothesis) or by exposure to abundant novel faces during the immersion into a new social and/or ethnic environment (social immersion hypothesis) as a possible cause. To test these hypotheses, I conducted two cross-cultural ERP studies with adults and Children. In Study 1, I examined Chinese locals and non-Chinese foreigners in Hongkong, and German locals and Chinese foreigners in Berlin. It turned out that the foreigners in both locations showed larger N170 amplitudes to faces than the locals. In addition, Germans who had only lived in Berlin for a short time showed similar face N170 amplitudes as long-term Berlin residents. In sum, Study 1 supports the social immersion hypothesis that immersing into a new ethnic environment drives an increase of face N170. Study 2 investigated the scripts system hypothesis in Chinese and German early readers assessed at the end of the first-grade or at the beginning of the second grade in their respective home towns. The findings support the script system hypothesis that Chinese children showed larger face N170 amplitudes than German children. Overall, the present thesis demonstrated two new influencing factors on the face processing system, the acquired script system (logographic vs. alphabetic) and the social immersion experience in a new ethnic environment. More specifically, learning to read a visually complex logographic Chinese script or immersing into an other-ethnic social environment facilitates early perceptual processing of faces. These effects acquired at different stages of development (early childhood versus young adulthood) show that the face processing system retains its plasticity over a long period of time

The role of eyes in early face processing: a rapid adaptation study of the inversion effect.

This is the peer reviewed version of the following article: Nemrodov, D. and Itier, R. J. (2011), The role of eyes in early face processing: A rapid adaptation study of the inversion effect. British Journal of Psychology, 102: 783–798. doi:10.1111/j.2044-8295.2011.02033.x, which has been published in final form at https://dx.doi.org/10.1111/j.2044-8295.2011.02033.x. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving.The current study employed a rapid adaptation procedure to test the neuronal mechanisms of the face inversion effect (FIE) on the early face-sensitive event-related potential (ERP) component N170. Five categories of face-related stimuli (isolated eyes, isolated mouths, eyeless faces, mouthless faces, and full faces) and houses were presented in upright and inverted orientations as adaptors for inverted full face test stimuli. Strong adaptation was found for all face-related stimuli except mouths. The adaptation effect was larger for inverted than upright stimuli, but only when eyes were present. These results underline an important role of eyes in early face processing. A mechanism of eye-dependent orientation sensitivity during the structural encoding stage of faces is proposed.103305-1/Canadian Institutes of Health Research89822-1/Canadian Institutes of Health ResearchMOP-89822/Canadian Institutes of Health Researc

Reduced sensitivity to contrast signals from the eye region in developmental prosopagnosia

Contrast-related signals from the eye region are known to be important for the processing of facial identity. Individuals with developmental prosopagnosia (DP) have severe face recognition problems, which may be linked to deficits in the perceptual processing of identity-related information from the eyes. We tested this hypothesis by measuring N170 components in DP participants and age-matched controls in response to face images where the contrast polarity of the eyes and of other face parts was independently manipulated. In different trials, participants fixated either the eye region or the lower part of a face. In the Control group, contrast-reversal of the eyes resulted in enhanced and delayed N170 components, irrespective of the contrast of other face parts and of gaze location. In the DP group, these effects of eye contrast on N170 amplitudes were strongly and significantly reduced, demonstrating that perceptual face processing in DP is less well tuned to contrast information from the eye region. Inverting the contrast of other parts of the face affected N170 amplitudes only when fixation was outside the eye region. This effect did not differ between the two groups, indicating that DPs are not generally insensitive to the contrast polarity of face images. These results provide new evidence that a selective deficit in detecting and analysing identity-related information provided by contrast signals from the eye region may contribute to the face recognition impairment in DP

The cognitive and neural basis of developmental prosopagnosia

Developmental prosopagnosia (DP) is a severe impairment of visual face recognition in the absence of any apparent brain damage. The factors responsible for DP have not yet been fully identified. This article provides a selective review of recent studies investigating cognitive and neural processes that may contribute to the face recognition deficits in DP, focusing primarily on event-related brain potential (ERP) measures of face perception and recognition. Studies that measured the face-sensitive N170 component as a marker of perceptual face processing have shown that the perceptual discrimination between faces and non-face objects is intact in DP. Other N170 studies suggest that faces are not represented in the typical fashion in DP. Individuals with DP appear to have specific difficulties in processing spatial and contrast deviations from canonical upright visual-perceptual face templates. The rapid detection of emotional facial expressions appears to be unaffected in DP. ERP studies of the activation of visual memory for individual faces and of the explicit identification of particular individuals have revealed differences between DPs and controls in the timing of these processes and in the links between visual face memory and explicit face recognition. These observations suggest that the speed and efficiency of information propagation through the cortical face network is altered in DP. The nature of the perceptual impairments in DP suggests that atypical visual experience with the eye region of faces over development may be an important contributing factor to DP

Spatial analysis in the human cerebral cortex : behavioural and functional magnetic resonance studies of spatial transformations in visual perception and imagery

Die vorliegende Dissertation berichtet über eine Serie von Verhaltens- und funktionellen Bildgebungsstudien zu experimentalpsychologischen Paradigmata, die eine räumliche Analyse und Koordinatentransformation von Material der visuellen Wahrnehmung oder Vorstellung beinhalten. Nach einer Einführung in die Prinzipien und Techniken der funktionellen Kernspintomographie, der hier benutzten Methode für die Messung von Gehirnaktivität, werden die Versuche einer Replikation des berühmten Stratton'schen Umkehrbrillen-Experiments dargestellt (Kapitel 1). Unsere vier Probanden zeigten zwar eine zügige Anpassung der visuomotorischen Funktionen an die neue visuelle Umwelt, berichteten aber, anders als Stratton, nicht, daß sie die Welt nach einigen Tagen mit der Umkehrbrille wieder normal sähen. Diese Persistenz des umgekehrten Bildes wurde durch eine psychphysische Testbatterie bestätigt. Des weiteren ergaben die funktionellen Kernspinmessungen, daß sich die kortikale retinotope Organisation im Verlaufe des Experiments nicht geändert hat. Da sich also Strattons Haupteffekt, das Aufrechtsehen durch die Umkehrbrille nach einwöchiger Adaptation, nicht replizieren ließ, werden andere Möglichkeiten der Interpretation der verschiedenen Umkehrexperimente der letzten hundert Jahre vorgeschlagen. Dieses Ergebnis einer funktionellen Anpassung ohne größere Änderungen der visuellen Wahrnehmung (und ohne Veränderungen der Repräsentation der Netzhautareale in der Sehrinde) führte zu der Hypothese, daß die erforderlichen Transformationen auf einer höheren Stufe der kortikalen Hierarchie der visuellen Verarbeitung erfolgen. Zur Testung dieser Hypothese wurde eine funktionelle Kernspinstudie des Umkehrlesens durchgeführt (Kapitel 2). Hierbei lasen die Probanden Wörter und Sätze in Spiegelschrift oder auf dem Kopf. Der neuronale Mechanismus der räumlichen Transformationen, die zur Bewältigung dieser Aufgabe nötig sind, konnte in bestimmten Regionen des Parietallappens, die zwischen den Probanden sehr konstant waren, lokalisiert werden. Weiterhin fand sich eine Koaktivierung okzipitootemporaler Objekterkennungs-Areale. Die Spezifizität der parietalen Aktivierungsfoci wurde durch ein Kontrollexperiment bestätigt, in welchem das kortikale System für räumliche Transformationen von den Netzwerken der allgemeinen visuellen Aufmerksamkeit und der Augenbewegungskontrolle unterschieden werden konnte. In einem weiteren Experiment wurden die räumlichen Funktionen des Parietallappens unter dem Vorzeichen der visuellen Vorstellung untersucht. Als Paradigma wurde der "mental clock" - Test verwendet, bei welchem die Probanden die Winkel der Zeiger zweier Uhren vergleichen müssen, deren Zeiten nur akustisch vorgegeben werden (Kapitel 3). Diese Aufgabe erfordert die Generierung eines entsprechenden Vorstellungsbildes und dessen räumliche Analyse, stellt also sowohl ein kontrolliertes Vorstellungs-Paradigma als auch einen Test räumlicher Funktionen dar, der nicht auf visuell präsentiertem Material beruht. Das parietale Aktivierungsmuster, das der Analyse der Winkel dieser vorgestellten Uhren zugeschrieben werden konnte, entsprach weitgehend demjenigen, das mit der räumlichen Transformation von Buchstaben verbunden war. Es handelt sich also wahrscheinlich um ein kortikales System für räumliche Analyse und Koordinatentransformationen, das nicht auf eine visuelle Stimulation angewiesen ist, sondern auch bei bloßer visueller Vorstellung aktiv werden kann. Die vorgelegten Resultate werden im Kontext neuerer neuropsychologischer Befunde zu Defiziten räumlicher Analyse und Vorstellung bei Läsionen des Parietallappens diskutiert (Kapitel 4). Auch die methodologischen Probleme der kognitiven Subtraktion, die in unseren Studien teilweise benutzt wurde, werden behandelt. Dabei wird erläutert, inwiefern diese für die Beurteilung der vorgelegten Studien nur von untergeordneter Bedeutung sind. Nichtsdestoweniger schlagen wir Modifikationen der experimentellen Paradigmata im Sinne des parametrischen Designs und des "event-related functional magnetic resonance imaging" vor, die bei zukünftigen Studien einen vollständigen Verzicht auf die kognitive Subtraktion ermöglichen dürften. Schließlich wird die Bedeutung der vorgelegten Ergebnisse für die Erforschung der Anpassungsfähigkeit des menschlichen Gehirns und des Verhältnisses von Vorstellung und visueller Wahrnehmung dargelegt

Intermediate Level Mechanisms Supporting Face Perception

I propose that the intermediate neural mechanisms involved in face processing may be better understood by studying concentric form-from-structure integration. This dissertation involves behavioral adaptation and masking experiments that provide evidence regarding whether face perception and concentric form-from-structure perception engage a common processing mechanism. Despite faces being complex visual stimuli, humans are able to perceive and identify faces rapidly. Studies of face perception strongly suggest that this ability involves processing the arrangement of the face features. Although high-level aspects of face perception have been studied extensively, less is known about the intermediate mechanisms involved in face processing. Converging evidence has shown that concentric form-from-structure perception involves processing the arrangement of the features and that face-sensitive mid- and high-level visual regions may be involved. I used visual adaptation and visual masking experiments to test this hypothesis. My data show that masking with, but not adaptation to, concentric form-from-structure stimuli impairs face discrimination. The results of this thesis provide evidence that concentric form-from-structure and face perception may share a common processing mechanism