Braunschweig, Techn. Universiẗat, Diss., 2000.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 1992.

Zugl.: München, Univ., Diss., 2007

München, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: München, Univ., Diss., 2004

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2006

Konstanz, Univ., Bachelorarb., 2004.

Konstanz, Univ., Bachelorarbeit, 2007.

Aufmerksamkeit auf visuelle Reize kann durch top-down Such- Strategien oder durch bottom-up Eigenschaften des visuellen Reizes gesteuert werden. Die Eigenschaft einer bestimmten Position, aus einer visuellen Szene heraus zu stechen, wird als Salienz bezeichnet. Es wird angenommen, dass auf neuronaler Ebene eine Salienzkarte existiert. Bis heute ist strittig, wo die Repräsentation einer solchen Karte im Gehirn lokalisiert sein könnte. Im Rahmen dieser Dissertation wurden drei Experimente durchgeführt, die verschiedene Aspekte von bottom-up Salienz-Verarbeitung mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie untersuchten. Während die Aufmerksamkeit auf einen Fixationspunkt gerichtet war, wurde die neuronale Reaktion auf unterschiedlich saliente Stimuli in der Peripherie untersucht. In den ersten zwei Experimenten wurde die neuronale Antwort auf Orientierungskontrast und Luminanzkontrast untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Salienz möglicherweise verteilt im visuellen System kodiert ist. Im dritten Experiment wurden natürliche Szenen als Stimuli verwendet. Im Einklang mit den Ergebnissen der ersten beiden Experimente wurde hier graduierte Salienz in frühen und späten visuellen Arealen identifiziert. Darüber hinaus konnten Informationen über die salientesten Positionen aus weiter anterior liegenden Arealen, wie dem anterioren intraparietalen Sulcus (aIPS) und dem frontalen Augenfeld (FAF), dekodiert werden. Zusammengenommen deuten die Ergebnisse auf eine verteilte Salienzverarbeitung von unterschiedlichen low-level Merkmalen in frühen und späten visuellen Arealen hin, die möglicherweise zu einer merkmalsunabhängigen Salienzrepräsentation im posterioren intraparetalen Sulcus zusammengefasst werden. Verschiebungen der Aufmerksamkeit zu den salientesten Positionen werden dann im aIPS und im FAF vorbereitet. Da die Probanden mit einer Fixationsaufgabe beschäftigt waren, wird die Salienz vermutlich automatisch verarbeitet. / Attention to visual stimuli can be guided by top-down search strategies or by bottom-up information. The property of a specific position to stand out in a visual scene is referred to as saliency. On the neural level, a representation of a saliency map is assumed to exist. However, to date it is still unclear where such a representation is located in the brain. This dissertation describes three experiments that investigated different aspects of bottom-up saliency processing in the human brain using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Neural responses to different salient stimuli presented in the periphery were investigated while top-down attention was directed to the central fixation point. The first two experiments investigated the neural responses to orientation contrast and to luminance contrast. The results indicate that saliency is potentially encoded in a distributed fashion in the visual system and that a feature-independent saliency map is calculated late in the processing hierarchy. The third experiment used natural scenes as stimuli. Consistent with the results of the other two experiments, graded saliency was identified in striate and extrastriate visual cortex, in particular in posterior intraparietal sulcus (pIPS), potentially reflecting a representation of feature-independent saliency. Additionally information about the most salient positions could be decoded in more anterior brain regions, namely in anterior intraparietal sulcus (aIPS) and frontal eye fields (FEF). Taken together, the results suggest a distributed saliency processing of different low-level features in striate and extrastriate cortex that is potentially integrated to a feature-independent saliency representation in pIPS. Shifts of attention to the most salient positions are then prepared in aIPS and FEF. As participants were engaged in a fixation task, the saliency is presumably processed in an automatic manner.

Die Erforschung visueller Aufmerksamkeit beruht auf verdeckter Aufmerksamkeit; das heißt, wenn der Fokus der Aufmerksamkeit trotz strikter Fixation ausgerichtet wird ohne größere Sakkaden auszuführen. EEG-Studien haben das neuronale Netzwerk identifiziert, dass verdeckte Aufmerksamkeit steuert. Diese Studien ignorieren jedoch unwillkürliche kleine Sakkaden während der Fixation - Mikrosakkaden (MS) genannt. Blickbewegungsstudien hingegen belegen einen Zusammenhang zwischen Aufmerksamkeit und diesen MS, beziehen ihre Resultate jedoch nicht auf etablierte EEG-Befunde. Um diese Forschungslücke zu schließen, zielt diese Dissertation darauf, den Zusammenhang zwischen Ereignis-korrelierten Potentialen (EKP) endogener Aufmerksamkeit und MS zu untersuchen. Folglich wurden drei Studien mit gleichzeitiger Erfassung von EEG und Blickbewegungen durchgeführt. In den Studien haben die Probanden ein „Posner Spatial-Cueing-Paradigma“ absolviert mit einem endogenen Hinweisreiz. Wir zeigen deutliche Zusammenhänge zwischen MS und neuronalen Korrelaten visueller Aufmerksamkeit. Erstens, MS und ein posteriores EKP reflektierten die Selektion visueller Reize basierend auf deren Merkmale. Dieses Ergebnis stärkt die Idee eines Netzwerkes, dass relevante Reize unter Distraktoren selektiert und zielgerichtetes Verhalten initiiert. Zweitens, MS erzeugten ein visuelles Potential, das verstärkte Potentialkomponenten für Reize zeigte, die im Aufmerksamkeitsfokus lagen. Dieses MS-evozierte Potential stellte einen zeitlich gut aufgelösten Aufmerksamkeitsindex dar. Drittens, MS erzeugten zudem ein in früheren Studien übersehenes, korneoretinales Artefakt. Dieses Artefakt kontaminierte die Messung eines frontalen EKPs, dass zuvor mit der Kontrolle von Aufmerksamkeit assoziiert war. Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass die gleichzeitige Erfassung von EEG und Blickbewegungen bedeutsame Einblicke in den Zusammenhang von MS und visueller Aufmerksamkeit erlaubt. / Research on visual attention focusses on covert attention; that is, when attention is directed during fixation periods in the absence of larger saccades. While previous EEG research has provided insights into the neural network that controls covert attention, this field fails to account for the inevitable occurrence of miniature fixational saccades - called microsaccades (MS). In contrast, previous eye-tracking research has established links between MSs and covert attention, but has not directly related their findings to seminal EEG results. This thesis bridges this research gap by investigating the link between event-related potentials (ERPs) of endogenous attention and MSs. To this end, three studies were conducted with concomitant ERP and high-resolution eye-tracking recordings while participants performed a Posner spatial cueing task with an endogenous cue. Crucially, we show that MSs relate to neural correlates of visual attention. First, MS and an early posterior ERP reflected the top-down selection of a visual stimulus based on its features. This finding is consistent with the notion of a neural network that selects relevant stimuli from distracting ones and initiates goal-directed behavior toward selected stimuli. Second, gaze shifts from MSs evoked a visual potential in the EEG that was enhanced for stimuli in the focus of attention; a finding well-known for the visual potential measured after presenting a stimulus. Importantly, these MS-related potentials provided a fine-grained temporal index of the subject’s attentional state. Finally, MSs further evoked a corneoretinal artifact overlooked in previous EEG studies. This artifact contaminated the measurement of a frontal ERP previously associated with preparatory attentional control. In sum, this thesis provides first evidence for the benefits of using concomitant ERP and eye-tracking recordings to examine the link between MSs and visual attention.