Asymmetry of automatic change detection shown by the visual mismatch negativity: An additional feature is identified faster than missing features

In two experiments, we demonstrated that an asymmetric effect of the brain electric activity that is elicited by nonattended visual stimuli is similar to the one found in responses observed in the performance of visual search tasks. The automatic detection of violated sequential regularities was investigated by measuring the visual mismatch negativity (vMMN) component of event-related brain potentials (ERPs). In Experiment 1, within a sequence of stimulus displays with O characters, infrequently presented Q characters elicited an earlier vMMN than did infrequent O characters within a sequence of Q characters. In Experiment 2, similar asymmetric results emerged if only 16 % of the characters were different within an infrequent display. In both experiments, these stimuli were irrelevant; during the stimulus sequences, participants performed a demanding videogame. We suggest that the underlying match/mismatch and decision processes are similar in the vMMN and in the attention-related visual search paradigm, at least in the case of the stimuli in the present experiments

Mismatch negativity does not show evidence of memory reactivation in the visual modality

The possibility of reactivation of the memory representation underlying visual mismatch negativity (vMMN) was investigated in a modified passive roving-standard paradigm. Stimuli (arrays of Gábor patches) were presented in sequences with blank interval between the sequences. The first member of each sequence was identical to the standard of the previous sequence, while the second stimulus had different orientation therefore the second stimulus was considered as deviant. In a control condition the stimuli of the previous sequence had random orientations. Event-related potentials (ERPs) in response to the deviants were compared to ERPs in response to the (physically identical) second stimulus of the control sequences. The comparison showed emergence of a positive component at an early (98-132 ms) latency range elicited by deviants. This component is interpreted as an index of increased sensitivity to rare changes in sequences dominated by identical stimuli rather than a component specific to violation of sequential regularity. Consequently, contrary to the findings in the auditory modality, the first stimulus of the sequence did not reactivate the memory representation underlying the vMMN, since subsequent deviant elicited no vMMN

Elemi szabályosságok reprezentációja a látásban: Pszichofiziológiai vizsgálatok = Representation of elementary rules in vision: Psychophysiological investigations

Fő célunk a vizuális automatikus emlékezeti rendszer sajátságainak vizsgálata volt a vizuális eltérési negativitás eseményhez (EN) kötött potenciál összetevő elemzésével. Mivel az eltérési negativitás annak jele, ha egy esemény megszegi az ingersorozat szabályszerűségeit, jelentkezése rámutat arra, ha az emlékezeti regisztrálta a szabályszerűséget. Eredményeink szerint az emlékezeti rendszer nem egyedi vizuális sajátságokat tárol, hanem eseményeket, azaz egy objektum több sajátságának egyidejű változása nem növeli az eltérő negativitást. Additív hatás mutatkozik viszont, ha egyidejűleg több esemény változik. Az aktuálsi viselkedés és az automatikus változás detekciója nem független: a feladat azonos típusú változások esetén az eltérési negativitás csökken. Eltérően a hallás hasonló rendszeréhet, a vizuális rendszer nem érzékeny hosszabb tartamú emlékezeti reaktivációs hatásaira. Valódi és látszólagos eltérések hasonló EN hatásokkal járnak. A rendszer képes perceptuális és érzelmi kategóriák (horizontális szimmetria) regisztrációjára, viszont nem jön létre EN, ha az események sorozatából nem jön létre szabályszerűség reprezentációja. Mivel az emlékezeti rendszer képes feltételes szabályszerűségek tárolására, így valószínűsíthető, hogy a vizuális észlelésben prediktív funkcióval rendelkezik. | As the main purpose of the project was the investigation of the characteristics of an implicit visual memory system. The method was the analysis of the visual mismatch negativity (vMMN) event-related potential component. VMMN emerges whenever an event violates the regularity of stimulus sequences, therefore vMMN appearance is an indicator of registered regularity. As our results show, beyond the registration of individual visual features, the system is capable of storing deviant events, i.e., vMMN to event with simultaneous deviant features does not elicit increased vMMN. However, simultaneous deviancy of two events elicits additive vMMN. VMMN is not independent of the task-related stimuli. Irrelevant stimuli shearing the characteristics of task-relevant ones elicit vMMN with decreased amplitude. Contrary to the homolog auditory memory, the system underlying vMMN is insensitive to long-term memory effects (reactivation). Real and apparent (illusory) deviancies elicit similar vMMN. The system is capable of registering perceptual (horizontal symmetry) and emotional categories. However, without the acquisition of category, no vMMN emerges. The system is sensitive to conditional regularities; therefore it is possible that it has a predictive function in visual perceptio

The electrophysiological correlates of visual automatic change detection

A vizuális eltérési negativitás (vEN) agyi eseményhez kötött potenciál (EKP) komponens a környezeti ingerlésben bekövetkező valamilyen változás következtében jelenik meg. Az értekezés központi témája e komponens és a hátterében működő mechanizmusok vizsgálata. Az értekezésben ismertetett tanulmányok alátámasztják, hogy tudatosulás nélkül is lehetséges jelentősebb kognitív vizuális folyamatok végbemenetele. Továbbá a viselkedés szervezés szempontjából irreleváns információk is feldolgozásra kerülnek, melyért egy rövid távú memória rendszer a felelős, mely képes összehasonlítani a vizuális események reprezentációit. Az értekezés tézis tanulmányai bemutatják, hogy a vEN komponens illetve, a mögötte álló szenzoros rendszer kapacitása túlmutat az egyszerű ingersajátságok (szín, téri frekvencia, mozgás) változásának detektálásán. Az értekezésben bemutatott tanulmányok fő kérdésfeltevése arra vonatkozott, hogy ezen implicit memória érzékeny lehet e bonyolultabban szerveződő vizuális objektumokra, természetes ingerkategóriákra (pl.: arcokra vagy szimmetrikus mintákra). A látórendszer képes az egymás után megjelenő ingereket automatikusan csoportokba osztani, mely folyamatot perceptuális kategorizációnak nevezzük, E tanulással kialakuló folyamat az észlelés alapvető, adaptív tulajdonsága). Szakirodalmi adatok alapján feltételeztük, hogy a vEN hátterében álló megismerési folyamatok működésébe bevonódnak automatikus kategorizációs folyamatok is. A tézis tanulmányok klasszikus kakukktojás kísérleti elrendezés során mérték a szabályos szekvenciában megjelenő ingerekre, illetve attól eltérő eseményekre adott agyi válaszokat. A kísérletek során nagyszámú ingeranyaggal dolgoztunk, hiszen a fizikailag eltérő vizuális események csoportosításának (kategóriák mentális reprezentációi) idegi korrelátumait vizsgáltuk. A tézis tanulmányok eredményeinek értelmében megállapítható, hogy a vEN rendszere érzékeny komplex, absztrakt környezeti eseményekre: ilyen komplex szerveződési formák a szimmetrikus alakzatok, homogén/heterogén minták és az arcok nemi kategóriái. Ennek értelmében megállapítható, hogy a szabályt alkotó ingerek kialakították az adott észlelési kategória mentális reprezentációját, így az ettől eltérő ingerek kiváltották a vEN-t. Értelmezésünk szerint, a mért EKP komponenseket a bemutatott kategóriális változás automatikus detekciója váltotta ki. A vEN komponensek latenciája (300 msec körüli csúcslatenciák) és eloszlása arra enged következtetni, hogy a hogy a vEN mögött álló memória folyamatokhoz, magasabb, kognitív funkcióval rendelkező, perceptuális kategorizációs folyamatok szorosan kapcsolódhatnak. The visual mismatch negativity (vMMN) event-related brain potential (ERP) component is elicited by violation of sequential regularity established by environmental stimulation. The aim of the doctoral thesis is to examine the memory system underlying vMMN. The thesis studies suggest that the vMMN is sensitive to changes of perceptual categories without the involvement of the attentional processes. VMMN component is an error signal to discrepancy between earlier perceived, represented stimuli and actual, input stimuli. VMMN has been evoked to deviations in elementary features such as color, orientation and spatial frequency. Additionally it was observed to changes in perceptual categories of more complex stimuli (e.g. laterality of hands, emotions). In the thesis studies, the stimuli were with complex objects and the changes associated to natural categories (e.g.: faces or symmetry). The visual system is capable of the configuration of incoming visual features and represent the categories. The general and basic principle is proposing formation the perceptual categoization. We suggested that the vMMN is sensitive to automatic registration of natural categories even if the visual stimulation is not related to the ongoing behavior. The vMMN is commonly investigated by passive oddball paradigm: a frequently presented type of stimuli (standards) acquires the representation of regularity, and another, infrequently presented type of stimuli (deviants) violates this regularity. Both the standards and deviants are unrelated to task-demand. In the doctoral thesis studies the number of stimuli were high and the consecutive stimuli were never physically identical. As the main results of experiments, both the abstract (symmetry/random; homogeneous/ heterogeneous pattern) and the meaningful (gender faces) complex stimuli elicited a change-related posterior negativity with ca. 300 ms peak latency. We interpreted the long-lasting negativity as a manifestation of the perceptual category effect. The frequent visual stimuli acquired the representation of the category (the extraction of the common feature required the presentation of one category) and the stimuli deviating from the sequential appearance of patterns belonging to such a category were automatically registered. In conclusion, in the thesis studies we found robust vMMN effect, showing that the vMMN is sensitive to perceptual categorization processes because the implicit memory registered the categorical rule and detected the violation of such rule. In sum, the doctoral thesis studies indicate strong connection between automatic change detection system and perceptual categorization processes