Einfluß extraretinaler Signale auf die Analyse visueller Flußfelder

Abstract

Visuelle Flußfelder sind aus der Fovea expandierende Muster visueller Bewegung, die auf unserer Netzhaut entstehen, wenn bei einer Vorwärtsbewegung ein Punkt, auf den wir zusteuern, fixiert wird, und können zur Bestimmung unserer Bewegungsrichtung herangezogen werden. Die Analyse solcher Flußfelder wird jedoch erschwert, wenn wir zusätzlich langsame Augenfolgebewegungen (AFB) ausführen – in diesem Fall setzt sich das retinale Flußfeld aus zwei Kompontenten zusammen, einer ersten, die aus der eigenen Vorwärtsbewegung resultiert (radiale Komponente) und einer zweiten, die durch die Augenrotation hervorgerufen wird (horizontale Komponente). Für die korrekte Einschätzung der Richtung der Eigenbewegung aus dem visuellen Flußfeld muß jedoch die expandierende Komponente, der radiale Fluß, isoliert werden. Nach Entwicklung geeigneter Stimulationsbedingungen wurden mit Humanprobanden psychophysische Untersuchungen durchgeführt, die zur Klärung folgender Fragen beitragen sollten:

1. Welches sind die entscheidenden Signale, die die durch AFB hervorgerufenen Flußfeldverzerrungen kompensieren? 2. Werden extraretinale Signale den perzeptuellen Erfordernissen entsprechend angepaßt?

In einer ersten Versuchsreihe wurde getestet, ob extraretinale Referenzsignale zur Analyse von Flußfeldern während AFB beitragen. Hierzu wurden durch entsprechende Stimuli identische retinale, jedoch unterschiedliche okulomotorische Bedingungen erzeugt. Es zeigte sich als erster Hinweis auf die Nutzung extraretinaler Signale, daß die Wahrnehmung der simulierten Eigenbewegung für die Bedingung tatsächlich durchgeführter AFB für hohe Geschwindigkeiten zuverlässiger war als für die Bedingung simulierter AFB. Unter Anwendung eines alternativen Paradigmas sollte in einer weiteren Meßserie der quantitative Beitrag eines durch extraretinale Signale gespeisten Referenzsignals geprüft werden. Konkret wurde die Geschwindigkeit des kohärenten (horizontalen) Flusses bestimmt, die das Referenzsignal perzeptuell zu kompensieren vermochte. Für verschiedene Geschwindigkeiten der AFB konnte nachgewiesen werden, daß das Referenzsignal etwa 80% des augenbewegungsinduzierten retinalen Flusses kompensieren kann. Abschließend wurde untersucht, ob das so gemessene Referenzsignal einer sinnvollen adaptiven Anpassung unterliegt. In der Tat zeigten die Ergebnisse, daß die Referenzsignale Rekalibrierungsprozessen unterliegen, die geeignet sind, auf der Basis richtungsselektiver Interaktionen zwischen der durchgeführten AFB und dem hierbei empfangenen retinalen Fluß die Referenzsignale dem augenbewegungsinduzierten visuellen Signal anzupassen. Dieser Mechanismus dürfte wesentlich dazu beitragen, daß eine ökologisch sinnvolle Analyse von visuellen Flußfeldern erfolgen kann.

Optic flow fields are patterns of visual motion expanding from the Fovea, resulting on the retina by staring at the point we are heading at while forward motion, and can be related to the determination of the heading direction. The analysis of such optic flow fields however is complicated by an additional pursuit eye movement – in this case the retinal flow field is a compound of first a component resulting from the own forward motion (radial component) and a second, produced by the rotation of the eyes (coherent component). For the correct estimation of the heading direction form the optic flow field, however, the expanding component - the radial flow - must be isolated. After developing qualified stimuli, humans had been tested in psychophysical experiments, which should resolve the following questions:

1. Which are the determining signals compensating the disturbed flow field induced by the pursuit eye movement? 2. Is there evidence that the extraretinal signals are continuously calibrated on the perceptual demand?

A first test series examines, if extraretinal signals are used in the analysis of optic flow field during pursuit eye movement. Therefore, adequate stimuli had been created with identical retinal but different oculomotoric conditions. The perception of the heading direction for the simulated movement was more exactly for the condition with real pursuit eye movement compared to the condition with simulated eye movement – a first evidence for the use of extraretinal signals. The quantitative contribution of a reference signal – depending on the extraretinal signals – was tested in a second series of experiments by using an alternative paradigm. That means, the velocity of the coherent flow, compensated by the reference signal, was measured. For different pursuit eye movement velocities there was evidence, that the reference signal can compensate for about 80% of the retinal flow evoked by the pursuit eye movement. Finally, there was tested if the measured reference signal is adequately adapted. In fact the results indicate, that the reference signals are continuously recalibrated on the basis of direction-selective interactions between the real pursuit eye movement and the received retinal flow. This mechanism minimizes imperfections and guarantees an ecologically optimal interpretation of visual flow fields.