In normal everyday viewing, we perform large eye movements (saccades) and miniature or fixational eye movements. Most of our visual perception occurs while we are fixating. However, our eyes are perpetually in motion. Properties of these fixational eye movements, which are partly controlled by the brainstem, change depending on the task and the visual conditions. Currently, fixational eye movements are poorly understood because they serve the two contradictory functions of gaze stabilization and counteraction of retinal fatigue. In this dissertation, we investigate the spatial and temporal properties of time series of eye position acquired from participants staring at a tiny fixation dot or at a completely dark screen (with the instruction to fixate a remembered stimulus); these time series were acquired with high spatial and temporal resolution. First, we suggest an advanced algorithm to separate the slow phases (named drift) and fast phases (named microsaccades) of these movements, which are considered to play different roles in perception. On the basis of this identification, we investigate and compare the temporal scaling properties of the complete time series and those time series where the microsaccades are removed. For the time series obtained during fixations on a stimulus, we were able to show that they deviate from Brownian motion. On short time scales, eye movements are governed by persistent behavior and on a longer time scales, by anti-persistent behavior. The crossover point between these two regimes remains unchanged by the removal of microsaccades but is different in the horizontal and the vertical components of the eyes. Other analyses target the properties of the microsaccades, e.g., the rate and amplitude distributions, and we investigate, whether microsaccades are triggered dynamically, as a result of earlier events in the drift, or completely randomly. The results obtained from using a simple box-count measure contradict the hypothesis of a purely random generation of microsaccades (Poisson process). Second, we set up a model for the slow part of the fixational eye movements. The model is based on a delayed random walk approach within the velocity related equation, which allows us to use the data to determine control loop durations; these durations appear to be different for the vertical and horizontal components of the eye movements. The model is also motivated by the known physiological representation of saccade generation; the difference between horizontal and vertical components concurs with the spatially separated representation of saccade generating regions. Furthermore, the control loop durations in the model suggest an external feedback loop for the horizontal but not for the vertical component, which is consistent with the fact that an internal feedback loop in the neurophysiology has only been identified for the vertical component. Finally, we confirmed the scaling properties of the model by semi-analytical calculations. In conclusion, we were able to identify several properties of the different parts of fixational eye movements and propose a model approach that is in accordance with the described neurophysiology and described limitations of fixational eye movement control. / Während des alltäglichen Sehens führen wir große (Sakkaden) und Miniatur- oder fixationale Augenbewegungen durch. Die visuelle Wahrnehmung unserer Umwelt geschieht jedoch maßgeblich während des sogenannten Fixierens, obwohl das Auge auch in dieser Zeit ständig in Bewegung ist. Es ist bekannt, dass die fixationalen Augenbewegungen durch die gestellten Aufgaben und die Sichtbedingungen verändert werden. Trotzdem sind die Fixationsbewegungen noch sehr schlecht verstanden, besonders auch wegen ihrer zwei konträren Hauptfunktionen: Das stabilisieren des Bildes und das Vermeiden der Ermüdung retinaler Rezeptoren. In der vorliegenden Dissertation untersuchen wir die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften der Fixationsbewegungen, die mit hoher zeitlicher und räumlicher Präzision aufgezeichnet wurden, während die Versuchspersonen entweder einen sichtbaren Punkt oder aber den Ort eines verschwundenen Punktes in völliger Dunkelheit fixieren sollten. Zunächst führen wir einen verbesserten Algorithmus ein, der die Aufspaltung in schnelle (Mikrosakkaden) und langsame (Drift) Fixationsbewegungen ermöglicht. Den beiden Typen von Fixationsbewegungen werden unterschiedliche Beiträge zur Wahrnehmung zugeschrieben. Anschließend wird für die Zeitreihen mit und ohne Mikrosakkaden das zeitliche Skalenverhalten untersucht. Für die Fixationsbewegung während des Fixierens auf den Punkt konnten wir feststellen, dass diese sich nicht durch Brownsche Molekularbewegung beschreiben lässt. Stattdessen fanden wir persistentes Verhalten auf den kurzen und antipersistentes Verhalten auf den längeren Zeitskalen. Während die Position des Übergangspunktes für Zeitreihen mit oder ohne Mikrosakkaden gleich ist, unterscheidet sie sich generell zwischen horizontaler und vertikaler Komponente der Augen. Weitere Analysen zielen auf Eigenschaften der Mikrosakkadenrate und -amplitude, sowie Auslösemechanismen von Mikrosakkaden durch bestimmte Eigenschaften der vorhergehenden Drift ab. Mittels eines Kästchenzählalgorithmus konnten wir die zufällige Generierung (Poisson Prozess) ausschließen. Des weiteren setzten wir ein Modell auf der Grundlage einer Zufallsbewegung mit zeitverzögerter Rückkopplung für den langsamen Teil der Augenbewegung auf. Dies erlaubt uns durch den Vergleich mit den erhobenen Daten die Dauer des Kontrollkreislaufes zu bestimmen. Interessanterweise unterscheiden sich die Dauern für vertikale und horizontale Augenbewegungen, was sich jedoch dadurch erklären lässt, dass das Modell auch durch die bekannte Neurophysiologie der Sakkadengenerierung, die sich räumlich wie auch strukturell zwischen vertikaler und horizontaler Komponente unterscheiden, motiviert ist. Die erhaltenen Dauern legen für die horizontale Komponente einen externen und für die vertikale Komponente einen internen Kontrollkreislauf dar. Ein interner Kontrollkreislauf ist nur für die vertikale Kompoente bekannt. Schließlich wird das Skalenverhalten des Modells noch semianalytisch bestätigt. Zusammenfassend waren wir in der Lage, unterschiedliche Eigenschaften von Teilen der Fixationsbewegung zu identifizieren und ein Modell zu entwerfen, welches auf der bekannten Neurophysiologie aufbaut und bekannte Einschränkungen der Kontrolle der Fixationsbewegung beinhaltet.

This thesis is devoted to understanding and counteracting the primary contributing factor in traffic crashes: inattention. Foremost, it demonstrates the fundamental importance of proactive gaze in the road centre area for action guidance in driving. Inattention is explained with regard to two visual functions (vision-for-action and vision-for-identification), three forms of attentional selection (action-driven-, stimulus-driven-, and goal-directed attention), and two forms of prediction influences (extrapolation-based- and decision-based prediction influences). In Study I an automated eye-movement analysis method was developed for a purpose-built eye-tracking sensor, and was successfully validated. This analysis method was further developed, and several new measures of gaze concentration to the road centre area were created. Study II demonstrated that a sharp decrease in the amount of road centre viewing time is accompanied by a dramatic spatial concentration towards the road centre area in returning gaze during visual tasks. During cognitive tasks, a spatial gaze concentration to road centre is also evident; however contrary to visual tasks, road centre viewing time is increased because the eyes are not directed towards an object within the vehicle. Study III found that gaze concentration measures are highly sensitive to driving task demands as well as to visual and auditory in-vehicle tasks. Gaze concentration to the road centre area was found as driving task complexity increased, as shown in differences between rural curved- and straight sections, between rural and motorway road types, and between simulator and field motorways. Further, when task duration was held constant and the in-vehicle visual task became more difficult, drivers looked less at the road centre area ahead, and looked at the display more often, for longer periods, and for more varied durations. In closing, it is shown how this knowledge can be applied to create in-vehicle attention support functions that counteract the effects of inattention.

In this study, factors affecting eye tracking measures and achievement in multimedia learning were explored. Familiarity, redundancy, and control are three important factors, which affect the levels of achievement in multimedia learning. In this study, three experiments were conducted in which the main effects and interactions of familiarity, redundancy, and pace investigated. In Experiment 1, a chemistry lesson with narration were studied twice as multimedia lesson. In Experiment 2, different group of participants studied two versions of chemistry lessons. Both versions had subtitles / however, in one version in Experiment 2, narration was removed from background during the experiment. In Experiment 3, different group of participants studied two versions of mechanism lessons. One of the mechanism lessons was system-paced. The other one was also self-paced / however, in this one, the learner decided to proceed to next slide as his or her own choice. After studying lessons, participants completed an achievement test, which consisted of recognition, recall, and transfer questions. The results showed that fixation count, fixation duration, total fixation duration, and total visit duration showed significant differences as well as interactions as per fragments, familiarity, areas of interest, and type of images, varying in accordance with the lesson type. The correlations among scores of achievement tests and eye tracking metrics were also reported. The results are discussed within the scope of cognitive theory of multimedia learning design principles and cognitive load theory in the conclusion chapter.

Der Ansatz der Arbeit lässt sich auf zwei Gebiete aus der Blickbewegungsforschung zurückführen. Einerseits basieren die Studien auf Experimenten zum remote distractor effect, andererseits auf Untersuchungen beim Lesen bzw. der Wahrnehmung komplexer Szenen. Innerhalb beider Ansätze findet eine Analyse der Auswirkungen unterschiedlichen Reizmaterials (z.B. Texte oder Bilder) auf die Fixationsdauer statt. Aktuelle Erklärungsansätze werden im Bezug zu den gefundenen Ergebnissen dargestellt und kritisch bewertet. Anhand der Ergebnisse einer Voruntersuchung wird vorgeschlagen, die gefundenen Effekte im Rahmen der Orientierungsreaktion (OR) zu betrachten. In einer Serie von vier Untersuchungen wird dargelegt, dass die Dauer von Fixationen auch durch externe Ereignisse moduliert wird. In der ersten Untersuchung wurden die zeitlichen Aspekte des Distraktoreffekts untersucht. Dafür erschienen Distraktoren mit verschiedenen Latenzen nach Fixationsbeginn. Zusätzlich wurde untersucht, welche Auswirkungen unterschiedliche Distraktormodalitäten (visuell und akustisch) zeigen. Die Ergebnisse demonstrierten eine deutliche Verlängerung der jeweils vom Distraktor betroffenen Fixation für alle Latenzen. Für Distraktoren beider Modalitäten zeigte sich eine vergleichbare Verlängerung betroffener Fixationen. Bei der zweiten Untersuchung wurde für visuelle Distraktoren geprüft, inwieweit sich die vorgeschlagene Interpretation im Rahmen der OR bestätigen lässt. Dafür wurde der Effekt hinsichtlich einer Habituation untersucht. Für die Studie wurden Distraktoren mit zwei verschiedenen Latenzen auf umweltbezogenen vs. retinal fixierten Koordinaten präsentiert. Die Ergebnisse zeigten, dass eher Störungen auf gleichen retinalen Positionen eine Abnahme des Effektes zur Folge haben (also habituieren). Für Distraktoren auf konstanten Bildpositionen konnte keine systematische Abnahme des Distraktoreffektes gemessen werden. Für die dritte Untersuchung wurden Augenbewegungen und blickkontingente ereigniskorrelierte Potentiale (EKP?s) parallel aufgezeichnet. Bisher liegen keine Erkenntnisse vor, wie anhand von Parametern der Augenbewegungen Habituation nachweisbar ist, die Abnahme der N1-Komponente der EKP?s hingegen gilt als etablierter Nachweis einer Habituation. Die Ergebnisse zeigten, neben der Verlängerung der Fixationsdauer für visuelle und akustische Distraktoren, eine deutliche Auswirkung auf die N1-Komponente. Bei der Prüfung der Habituation über die betrachteten Bilder zeigte sich eine Verringerung des Effektes in der Fixationsdauer und der N1-Komponente. Auf Schwierigkeiten in Bezug auf den Nachweis einer ausgeprägten Habituation wurde an entsprechender Stelle hingewiesen. Die letzte Studie (N=1) testete, ob sich die Neuinterpretation des Effektes mit neurophysiologischen Erkenntnissen vereinbaren lässt. Bei dem Probanden wurde aufgrund eines Unfalls eine Schädigung des frontalen Augenfeldes (FEF) angenommen. Es wurden Distraktoren links, rechts, ober- und unterhalb des Fixationsorts dargeboten. Beim ersten Versuch, 12 Monate nach dem Unfall, zeigte sich für Distraktoren links des Fixationsortes keinerlei Verlängerung der betroffenen Fixationen. Beim zweiten Versuch, acht Monate später, zeigte sich der Distraktoreffekt auf allen Positionen. Dies lässt sich als Unterstützung der Annahme einer Schädigung der FEF interpretieren, da sich in verschiedenen Studien selbst bei operativer Entfernung der FEF eine deutliche Verringerung der entstandenen Defizite nach einigen Wochen zeigte. Mögliche Alternativen der dargestellten Interpretation wurden an entsprechender Stelle diskutiert. Diese Untersuchungen bestätigen, dass sich ereignisbezogene Verlängerungen der visuellen Fixationsdauer mit dem Rahmenkonzept der OR in Verbindung bringen lassen. Es gilt jedoch zu berücksichtigen, dass eine Reihe weiterer Einflussfaktoren an der Modulation des Effektes beteiligt sind, obwohl es sich offenbar um eine Reaktion subkortikalen Ursprungs handelt.

Normalerweise stimmen die Ausrichtung der Augen und die der visuellen Aufmerksamkeit überein. Frühere Arbeiten, vor allem im Kontext so genannter ‚Fixieren-Springen’ Paradigmen, haben gezeigt, dass zum Zeitpunkt der Programmierung einer neuen Sakkade die Aufmerksamkeit bereits zum Sakkadenziel verlagert wird. Bei Untersuchungen in natürlicheren Umgebungen konnte dieser Befund allerdings nicht gezeigt werden. Aus diesen teilweise widersprüchlichen Befunden ergibt sich die Fragestellung der vorliegenden Arbeit: Wie wirken sich visuelle Aufgaben am aktuellen Fixationsort innerhalb einer Sequenz von Blickbewegungen auf die Verlagerung der visuellen Aufmerksamkeit aus? Welche Rolle spielt dabei der Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation? Diese Fragen werden auf der Basis des Zusammenhangs zwischen objektivem und subjektivem Blickort untersucht. Als objektiver Blickort wird dabei der durch ein Blickbewegungsmesssystem ermittelte aktuelle Fixationsort begriffen. Während der Ausführung verschiedener visueller Aufgaben – Lokalisation, Identifikation und Katego¬risierung – wird der subjektive Blickort als derjenige bezeichnet und untersucht, den Probanden bei einer plötzlichen Unterbrechung ihrer aktuellen Tätigkeit angeben können. In einer Serie von drei Experimenten wurde getestet, welcher Zusammen¬hang zwischen objektivem und subjektivem Maß vor dem Hinter¬grund der verschiedenen Aufgaben und dem Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation besteht. Dabei wurden den Probanden in jedem Durchgang sechs kreisförmig angeordnete Piktogramme präsentiert, die im Uhrzeigersinn nacheinander zu betrachten waren. Zu einem nicht vorhersehbaren Zeitpunkt wurde die Betrachtung unterbrochen, wobei der subjektive Blickort durch einen Mausklick auf das aktuell betrachtete Piktogramm angegeben werden sollte. In einem vierten Experiment wurde eine blickgesteuerte Schreibumgebung untersucht, bei der auf der Basis der Ergebnisse der Experimente 1 bis 3 die Rückmeldung der eigenen Blickposition und die Schwellzeit zum Auslösen einer Taste systematisch variiert wurden. Es wurde davon ausgegangen, dass die Rückmeldung weniger an den aktuellen tatsächlichen, als an den subjektiven Blickort gebunden sein sollte. Schreiben mit den Augen setzt voraus, dass Buchstaben auf der Tastatur lokalisiert, und danach identifiziert werden müssen, um eine Entscheidung treffen zu können, ob die Taste ausgelöst werden soll oder nicht. Die vorhergehenden Experimente zum subjektiven und objektiven Blickort bei der Identifikation haben gezeigt, dass der subjektive hinter dem objektiven Blickort eher zurückbleibt. Aus diesem Grund ist anzunehmen, dass eine Verzögerung der Rückmeldung gegenüber der objektiven Blickposition als angenehm empfunden werden müsste. Es zeigte sich, dass die besten Ergebnisse in Bezug auf Fehlerrate und Schreibgeschwindigkeit bei Schwellzeiten um die 500 ms erreicht werden. Die subjektiven Einschätzungen der Probanden ergab eine signifikante Präferenz der verzögerten Rückmeldung. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Untersuchungen, dass der Zusammenhang zwischen subjektiven und objektiven Blickort nicht nur durch den Zeitpunkt innerhalb der aktuellen Fixation, sondern vor allem auch durch die momentan bearbeitete Aufgabe moduliert wird. Besonders letzteres wird in aktuellen Theorien der visuellen Aufmerksamkeit nur wenig beachtet. Für die vorliegenden Ergebnisse wird ein Erklärungsansatz entwickelt, der die Idee aufeinander aufbauender Ebenen der Informationsverarbeitung kognitiver Aufmerksamkeitsmodelle aufgreift. Besonders das von Velichkovsky (2002) vorgeschlagene Modell erweist sich dabei als fruchtbar, da es feiner differenziert, und darüber hinaus zwischen Hintergrundkoordination und Führungsebene unterscheidet. In diesem Sinne lassen sich die untersuchten Aufgaben mit einer zunehmenden Tiefe der Verarbeitung assoziieren. Damit einhergehend steigt die Komplexität der zu verarbeitenden Information und sinkt die Wahr¬scheinlichkeit, dass Informationen jenseits der aktuellen Fixation abgerufen werden können: Im Gegenteil, früh innerhalb einer Fixation werden bei tiefer Verarbeitung sogar noch Informationen aus der vorhergehenden Fixation berichtet. Diese Konzeptionalisierung der Ergebnisse gestattet es, vordergründig unterschiedliche Befunde aus ‚Fixieren und Springen’ Paradigmen und Studien in natürlicheren Umgebungen zu integrieren. Die Ergebnisse von Experiment 4 zeigen, dass dieser Erklärungsansatz auch praktische Ableitungen für die Gestaltung von blick¬gesteuerter Interaktion mit dem Computer geeignet ist. Die führende Aufgabe bei solchen intentionalen Fixationen bestimmt die Art und Weise, wie der subjektive Blickort dem Nutzer zurückgemeldet werden sollte.

Eye movements are a powerful tool to examine cognitive processes. However, in most paradigms little is known about the dynamics present in sequences of saccades and fixations. In particular, the control of fixation durations has been widely neglected in most tasks. As a notable exception, both spatial and temporal aspects of eye-movement control have been thoroughly investigated during reading. There, the scientific discourse was dominated by three controversies, (i), the role of oculomotor vs. cognitive processing on eye-movement control, (ii) the serial vs. parallel processing of words, and, (iii), the control of fixation durations. The main purpose of this thesis was to investigate eye movements in tasks that require sequences of fixations and saccades. While reading phenomena served as a starting point, we examined eye guidance in non-reading tasks with the aim to identify general principles of eye-movement control. In addition, the investigation of eye movements in non-reading tasks helped refine our knowledge about eye-movement control during reading. Our approach included the investigation of eye movements in non-reading experiments as well as the evaluation and development of computational models. I present three main results : First, oculomotor phenomena during reading can also be observed in non-reading tasks (Chapter 2 & 4). Oculomotor processes determine the fixation position within an object. The fixation position, in turn, modulates both the next saccade target and the current fixation duration. Second, predicitions of eye-movement models based on sequential attention shifts were falsified (Chapter 3). In fact, our results suggest that distributed processing of multiple objects forms the basis of eye-movement control. Third, fixation durations are under asymmetric control (Chapter 4). While increasing processing demands immediately prolong fixation durations, decreasing processing demands reduce fixation durations only with a temporal delay. We propose a computational model ICAT to account for asymmetric control. In this model, an autonomous timer initiates saccades after random time intervals independent of ongoing processing. However, processing demands that are higher than expected inhibit the execution of the next saccade and, thereby, prolong the current fixation. On the other hand, lower processing demands will not affect the duration before the next saccade is executed. Since the autonomous timer adjusts to expected processing demands from fixation to fixation, a decrease in processing demands may lead to a temporally delayed reduction of fixation durations. In an extended version of ICAT, we evaluated its performance while simulating both temporal and spatial aspects of eye-movement control. The eye-movement phenomena investigated in this thesis have now been observed in a number of different tasks, which suggests that they represent general principles of eye guidance. I propose that distributed processing of the visual input forms the basis of eye-movement control, while fixation durations are controlled by the principles outlined in ICAT. In addition, oculomotor control contributes considerably to the variability observed in eye movements. Interpretations for the relation between eye movements and cognition strongly benefit from a precise understanding of this interplay. / Blickbewegungen stellen ein wichtiges Instrument dar, um kognitive Prozesse zu untersuchen. In den meisten Paradigmen ist allerdings wenig über die Entstehung von Sakkaden und Fixationen bekannt. Insbesondere die Kontrolle der Fixationsdauern wurde häufig außer acht gelassen. Eine wesentliche Ausnahme stellt die Leseforschung dar, in der sowohl zeitlichliche als auch räumliche Aspekte der Blickbewegungssteuerung im Detail betrachtet wurden. Dabei war der wissenschaftliche Diskurs durch drei Kontroversen gekennzeichnet, die untersuchten, (i), welchen Einfluss okulomotorische bzw. kognitive Prozesse auf die Blicksteuerung haben, (ii), ob Worte seriell oder parallel verarbeitet werden und, (iii), wie Fixationsdauern kontrolliert werden. Die vorliegende Arbeit zielt im wesentlichen darauf ab, die Dynamik von Fixationssequenzen zu erforschen. Ausgehend von den Erkenntnissen beim Lesen untersuchten wir Blickbewegungen in Nichtlese-Aufgaben, mit dem Ziel allgemeine Prinzipien der Blicksteuerung zu identifizieren. Zusätzlich versuchten wir mit Hilfe dieser Aufgaben, Erkenntnisse über Prozesse beim Lesen zu vertiefen. Unser Vorgehen war sowohl von der Durchführung von Experimenten als auch der Entwicklung und Evaluation computationaler Modelle geprägt. Die Hauptbefunde zeigten: Erstens, okulomotorische Phänomene des Lesens lassen sich in Suchaufgaben ohne Wortmaterial replizieren (Kapitel 2 & 4). Dabei bestimmen okulomotorische Prozesse die Fixationsposition innerhalb eines Objektes. Diese wiederum beeinflusst das nächste Sakkadenziel sowie die Fixationsdauer. Zweitens, wesentliche Vorhersagen von Modellen, in denen Blickbewegungen von seriellen Aufmerksamkeitsverschiebungen abhängen, konnten falsifiziert werden (Kapitel 3). Stattdessen legen unsere Erkenntnisse nahe, dass die Blicksteuerung von der parallelen Verarbeitung mehrerer Objekte abhängt. Drittens, Fixationsdauern werden asymmetrisch kontrolliert (Kapitel 4). Während hohe Verarbeitungsanforderungen Fixationsdauern unmittelbar verlängern können, führen niedrige Verarbeitungsanforderungen nur zeitlich verzögert zu einer Reduktion. Wir schlagen ein computationales Modell ICAT vor, um asymmetrische Kontrolle zu erklären. Grundlage des Modells ist ein autonomer Zeitgeber, der unabhängig von der momentanen Verarbeitung nach zufälligen Zeitintervallen Sakkaden initiiert. Unerwartet hohe Verarbeitungsanforderungen können die Initiierung der nächsten Sakkade hinauszögern, während unerwartet niedrige Verarbeitungsanforderungen den Beginn der nächsten Sakkade nicht verändern. Der Zeitgeber passt sich allerdings von Fixation zu Fixation neuen Verarbeitungsanforderungen an, so dass es zu einer zeitlich verzögerten Reduktion der Fixationsdauern kommen kann. In einer erweiterten Version des Modells überprüfen wir die Kompatibilität ICATs mit einer realistischen räumlichen Blicksteuerung. Die Ähnlichkeit von Blickbewegungsphänomenen über Aufgaben hinweg legt nahe, dass sie auf allgemeinen Prinzipien basieren. Grundlage der Blicksteuerung ist die verteilte Verarbeitung des visuellen Inputs, während die Kontrolle der Fixationsdauer auf den Prinzipien von ICAT beruht. Darüber hinaus tragen okulomotorische Phänomene wesentlich zur Variabilität der Blicksteuerung bei. Ein Verständnis dieses Zusammenspiels hilft entscheidend den Zusammenhang von Blickbewegungen und Kognitionen besser zu verstehen.

Neurologinių sutrikimų nustatymui dažnai naudojamas sekamųjų akių judesių tyrimas. Tačiau mokslinėje literatūroje nėra detaliai išnagrinėtas vienas sekamųjų akių judesių parametras – pasivejančių sakadų tarpsakadinis laiko intervalas. Taip pat, pasivejančių sakadų parametrų priklausomybė nuo sekamo objekto trajektorijos ir greičio nėra aiški. Šio darbo tikslas - ištirti sekimo paklaidos, sakadų dažnio aplink okliuzijas ir tarpsakadinių laiko intervalų priklausomybę nuo sekamo objekto trajektorijos tipo ir jo judėjimo greičio. / Human oculomotor system analysis is often used to diagnose neurological disorders by studying tracking eye movements of the patient. However, one of the parameters of tracking eye movements is not thoroughly investigated – the intersaccadic interval of catch up saccades. Also, dependencies of parameters of catch-up saccades on different target trajectories and velocities are not clear. The aim of this paper is to study the dependency of tracking error, frequency distribution around occlusions and intersaccadic interval of catch-up saccades on target trajectory and velocity.

The sensory control of movements has been shown to be impaired with Parkinson’s disease. I investigated the task, reach-to-eat, in which advancing of the limb towards a target is guided by vision and withdrawal of the grasped target to the mouth is guided by somatosensation (i.e., haptics and proprioception). Parkinson’s diseased subjects display an alteration in the balance of visual and proprioceptive guidance, such that they display increased visual fixation on the target prior to movement onset that persists following the grasp. Music therapy can normalize the balance between visual and proprioceptive guidance on the reach-to-eat task, as visual fixation with the target prior to movement onset is consistent with controls, and disengagement following grasp no longer differs from mild Parkinson’s disease subjects. These results are the first to demonstrate that music can have an ameliorating effect on the sensory impairments seen in the control of forelimb movements in Parkinson’s disease. / xiv, 147 leaves : ill. ; 29 cm. --

The visual system has evolved to deal with the consequences of our own movements onour perception. In particular, evolution has given us the ability to perceive our visual world as stableand continuous despite large shift of the image on our retinas when we move our eyes, head orbody. Animal studies have recently shown that in some cortical and sub-cortical areas involved inattention and saccade control, neurons are able to anticipate the consequences of voluntary eyemovements on their visual input. These neurons predict how the world will look like after a saccadeby remapping the location of each attended object to the place it will occupy following a saccade.In a series of studies, we first showed that remapping could be evaluated in a non-invasive fashion in human with simple apparent motion targets. Using eye movement recordingsand psychophysical methods, we evaluated the distribution of remapping errors across the visualfield and found that saccade compensation was fairly accurate. The pattern of errors observedsupport a model of space constancy based on a remapping of attention pointers and excluded otherknown models. Then using targets that moved continuously while a saccade was made across themotion path, we were able to directly visualize the remapping processes. With this novel method wedemonstrated again the existence of systematic errors of correction for the saccade, best explainedby an inaccurate remapping of expected moving target locations. We then extended our model toother body movements, and studied the contribution of sub-cortical receptors (otoliths and semi-circular canals) in the maintenance of space constancy across head movements. Contrary tostudies reporting almost perfect compensations for head movements, we observed breakdowns ofspace constancy for head tilt as well as for head translation. Then, we tested remapping of targetlocations to correct for saccades at the very edge of the visual field, remapping that would place theexpected target location outside the visual field. Our results suggest that visual areas involved inremapping construct a global representation of space extending out beyond the traditional visualfield. Finally, we conducted experiments to determine the allocation of attention across saccades.We demonstrated that the attention captured by a brief transient was remapped to the correctspatial location after the eye movement and that this shift can be observed even before thesaccade.Taken together these results demonstrate the management of attention pointers to therecovery of target locations in space as well as the ability of behavioral measurements to address atopic pioneered by eletrophysiologists.

To coordinate visual perception and motor control in daily life where we are constantly surrounded by motion, we are dependent on normal visuomotor capacity. One essential prerequisite for normal visuomotor capacity is smooth pursuit eye movements (SP). Infants born very preterm (VPT = born <32 gestational weeks) are at high risk of developing disabilities in higher brain functions i.e. perception, cognition, concentration and coordination. In this thesis visuomotor capacity was investigated in a cohort of VPT infants (n = 113) and compared to control groups of full term (FT) infants. Levels of SP were measured at 2 and 4 months’ corrected age (CA). At 8 months’ CA reaching capacity toward a moving object was evaluated as this represents an executive activity guided by vision that develops at an early age. Lower levels of SP were found in the VPT infants compared to FT controls. The VPT boys showed higher levels of SP compared to the VPT girls. In VPT infants without major neonatal morbidities lower levels of SP was found compared to the FT controls. No difference in total capacity of gaze tracking was found, although the VPT infants lagged the object more at 4 months’ CA and used more saccades at 2 months’ CA. With age the VPT infants’ SP levels increased, but with a wider dispersion compared to the FT controls, and the levels of SP at 4 months’ CA corresponded to the levels of the FT infants at 2 months.  A number of perinatal risk factors were found to be negatively associated to lower levels of SP, and this effect was more pronounced in VPT infants with multiple risk factors,.  When evaluating the capacity to reach a moving object at 8 months’ CA, the VPT infants showed significantly more bimanual reach and more curved reaching paths to catch the object as compared to the FT control group. In conclusion, a delayed visuomotor capacity was found in VPT infants compared to FT control infants at 2, 4 and 8 months’ CA. Some VPT infants with perinatal risk factors did not develop in levels of SP between 2 and 4 months’ CA.