A common problem in vision research is explaining how humans perceive a coherent, detailed and stable world despite the fact that the eyes make constant, jumpy movements and the fact that only a small part of the visual field can be resolved in detail at any one time. This is essentially a problem of integration over time - how successive views of the visual world can be used to create the impression of a continuous and stable environment. A common way of studying this problem is to use complete visual scenes as stimuli and present a changed scene after a disruption such as an eye movement or a blank screen. It is found in these studies that observers have great difficulty detecting changes made during a disruption, even though these changes are immediately and easily detectable when the disruption is removed. These results have highlighted the importance of motion cues in tracking changes to the environment, but also reveal the limited nature of the internal representation. Change blindness studies are interesting as demonstrations but can be difficult to interpret as they are usually applied to complex, naturalistic scenes. More traditional studies of scene analysis, such as visual search, are more abstract in their formulation, but offer more controlled stimulus conditions. In a typical visual search task, observers are presented with an array of objects against a uniform background and are required to report on the presence or absence of a target object that is differentiable from the other objects in some way. More recently, scene analysis has been investigated by combining change blindness and visual search in the `visual search for change' paradigm, in which observers must search for a target object defined by a change over two presentations of the set of objects. The experiments of this thesis investigate change blindness using the visual search for change paradigm, but also use principles of design from psychophysical experiments, dealing with detection and discrimination of basic visual qualities such as colour, speed, size, orientation and spatial frequency. This allows the experiments to precisely examine the role of these different features in the change blindness process. More specifically, the experiments are designed to look at the capacity of visual short-term memory for different visual features, by examining the retention of this information across the temporal gaps in the change blindness experiments. The nature and fidelity of representations in visual short-term memory is also investigated by manipulating (i) the manner in which featural information is distributed across space and objects, (ii) the time for which the information is available, (iii) the manner in which observers must respond to that information. Results point to a model in which humans analyse objects in a scene at the level of features/attributes rather than at a pictorial/object level. Results also point to the fact that the working representations which humans retain during visual exploration are similarly feature- rather than object-based. In conclusion the thesis proposes a model of scene analysis in which attention and vSTM capacity limits are used to explain the results from a more information theoretic standpoint.

Yes / Where do the bottlenecks for information and attention lie when our visual system processes incoming stimuli? The human visual system encodes the incoming stimulus and transfers its contents into three major memory systems with increasing time scales, viz., sensory (or iconic) memory, visual short-term memory (VSTM), and long-term memory (LTM). It is commonly believed that the major bottleneck of information processing resides in VSTM. In contrast to this view, we show major bottlenecks for motion processing prior to VSTM. In the first experiment, we examined bottlenecks at the stimulus encoding stage through a partial-report technique by delivering the cue immediately at the end of the stimulus presentation. In the second experiment, we varied the cue delay to investigate sensory memory and VSTM. Performance decayed exponentially as a function of cue delay and we used the time-constant of the exponential-decay to demarcate sensory memory from VSTM. We then decomposed performance in terms of quality and quantity measures to analyze bottlenecks along these dimensions. In terms of the quality of information, two thirds to three quarters of the motion-processing bottleneck occurs in stimulus encoding rather than memory stages. In terms of the quantity of information, the motion-processing bottleneck is distributed, with the stimulus-encoding stage accounting for one third of the bottleneck. The bottleneck for the stimulus-encoding stage is dominated by the selection compared to the filtering function of attention. We also found that the filtering function of attention is operating mainly at the sensory memory stage in a specific manner, i.e., influencing only quantity and sparing quality. These results provide a novel and more complete understanding of information processing and storage bottlenecks for motion processing. / Supported by R01 EY018165 and P30 EY007551 from the National Institutes of Health (NIH).

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Ce travail a pour objectif d'investiguer le sort réservé à  des changements de nature visuelle qui se produisent dans notre environnement et que nous ne détectons pas consciemment. J'investiguerai en particulier si de tels changements non-perçus consciemment peuvent néanmoins (1) être représentés d'une certaine manière en-dessous du seuil de la conscience, et (2) exercer une influence causale sur des tâches comportementales subséquentes. A cette fin, une première étude cherche à établir si les paradigmes classiques de détection de changement sous-évaluent les capacités réelles de la mémoire visuelle à court terme. Cette étude a effectivement montré qu'il était possible de récupérer de l'information stockée en mémoire visuelle à court terme (MVCT), suggérant donc qu'il existe plus de capacités mnésiques visuelles que ce qui est utilisé dans les tâches classiques de détection de changement. Ensuite, une seconde étude a répliqué un paradigme dit d'identification implicite de changements et qui était controversé dans la littérature en raison de biais potentiels. Après correction de ces biais, nous avons pu démontrer que ce paradigme suggère bel et bien un effet d'identification implicite de changement puisque l'identité d'un changement simple (changement d'orientation d'un rectangle parmi 8 rectangles orientés de différentes manières) peut indicer un jugement d'orientation subséquent. Finalement, dans le dernier groupe d'expériences, un nouveau paradigme dans lequel les changements se produisent très progressivement et très lentement sera décrit. En utilisant ce paradigme, j'ai pu démontrer qu'alors que les observateurs demeurent inconscients du changement, ils restent néanmoins sensibles aux changements puisqu'ils « synchronisent » leur représentation en mémoire visuelle avec le stimulus présenté à l'écran. Enfin, dans la conclusion, je m'attacherai également à  développer l'idée selon laquelle nous sommes (1) capables, au minimum, de mettre à jour notre mémoire visuelle d'un changement et probablement d'identifier, un tel changement sans conscience et (2) influençables par ce changement. En effet, à la fin de ce travail, j'arriverai à la conclusion que les représentations visuelles sont ébruitéess et incomplètes. Ceci est dû (1) à  la constitution de la rétine, qui n'est pas homogène (la quantité de photorécepteurs n'est pas identique dans la partie centrale et dans la périphérie du champ visuel), (2) aux imperfections des systèmes biologiques (des imperfections et des erreurs dans la planification des saccades et dans leurs exécutions surgissent,) et (3) aux limitations de nos capacités attentionnelles.

Ce travail a pour objectif d'investiguer le sort réservé à  des changements de nature visuelle qui se produisent dans notre environnement et que nous ne détectons pas consciemment. J'investiguerai en particulier si de tels changements non-perçus consciemment peuvent néanmoins (1) être représentés d'une certaine manière en-dessous du seuil de la conscience, et (2) exercer une influence causale sur des tâches comportementales subséquentes. A cette fin, une première étude cherche à établir si les paradigmes classiques de détection de changement sous-évaluent les capacités réelles de la mémoire visuelle à court terme. Cette étude a effectivement montré qu'il était possible de récupérer de l'information stockée en mémoire visuelle à court terme (MVCT), suggérant donc qu'il existe plus de capacités mnésiques visuelles que ce qui est utilisé dans les tâches classiques de détection de changement. Ensuite, une seconde étude a répliqué un paradigme dit d'identification implicite de changements et qui était controversé dans la littérature en raison de biais potentiels. Après correction de ces biais, nous avons pu démontrer que ce paradigme suggère bel et bien un effet d'identification implicite de changement puisque l'identité d'un changement simple (changement d'orientation d'un rectangle parmi 8 rectangles orientés de différentes manières) peut indicer un jugement d'orientation subséquent. Finalement, dans le dernier groupe d'expériences, un nouveau paradigme dans lequel les changements se produisent très progressivement et très lentement sera décrit. En utilisant ce paradigme, j'ai pu démontrer qu'alors que les observateurs demeurent inconscients du changement, ils restent néanmoins sensibles aux changements puisqu'ils « synchronisent » leur représentation en mémoire visuelle avec le stimulus présenté à l'écran. Enfin, dans la conclusion, je m'attacherai également à  développer l'idée selon laquelle nous sommes (1) capables, au minimum, de mettre à jour notre mémoire visuelle d'un changement et probablement d'identifier, un tel changement sans conscience et (2) influençables par ce changement. En effet, à la fin de ce travail, j'arriverai à la conclusion que les représentations visuelles sont ébruitéess et incomplètes. Ceci est dû (1) à  la constitution de la rétine, qui n'est pas homogène (la quantité de photorécepteurs n'est pas identique dans la partie centrale et dans la périphérie du champ visuel), (2) aux imperfections des systèmes biologiques (des imperfections et des erreurs dans la planification des saccades et dans leurs exécutions surgissent,) et (3) aux limitations de nos capacités attentionnelles. / Doctorat en sciences psychologiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished