Preparing to perceive - On the influence of temporal preparation on premotor processing

Abstract

Over several decades, the ability to predict upcoming events and to prepare for these events has been an important topic in psychological research. One fundamental aspect of such preparatory processes is preparing for the exact moment in time at which an event is expected to occur. A great number of experimental studies demonstrated that this so-called temporal preparation influences predominantly motor stages of processing. For example, temporal preparation affects various correlates of motor processing as reflex amplitudes, motor evoked potentials, response force and the contingent negative variation. More recent studies, however, cast doubt on this traditional ‘motor view’ of temporal preparation and suggest that processing in premotor stages might also be affected by temporal preparation. The aim of the present work was to test this assumption directly, especially with regard to a possible influence of temporal preparation on perceptual processing and the mechanisms underlying these effects. To this end, temporal preparation effects were examined within various well-established experimental paradigms of cognitive psychology, as the central bottleneck paradigm, the temporal order judgment task and the method of speed-accuracy trade-off. First, the effect propagation property of the central bottleneck paradigm was used to localize the effect of temporal preparation in either premotor or motor stages of stimulus processing. The results of this experiment suggest that the shortening of reaction time, which is typically observed under conditions of good temporal preparation, emerges exclusively in premotor stages of information processing. On the basis of this paradigm, however, one can not decide whether this is due to a facilitation of perceptual or central processing stages. Therefore, further experiments were conducted to investigate the influence of temporal preparation on perceptual processing more directly. Specifically, these experiments assessed the influence of temporal preparation on discrimination thresholds for visual temporal order judgments and auditory pitch discrimination. In both modalities, lower discrimination thresholds were consistently observed under conditions of high temporal preparation. Accordingly, temporal preparation indeed seems to improve the quality of perceptual analysis. These results can hardly be explained by traditional theoretical accounts of temporal preparation, which assume that temporal preparation affects stimulus processing by enhancing motor activation. A more recent account, however, states that temporal preparation might improve perceptual processing by changing the dynamics of information accumulation within the perceptual system. To test this assumption, speed-accuracy trade-off for a spatial discrimination task was manipulated in the final experiment of the present work. The observed relationship between processing speed and accuracy indicates that temporal preparation indeed leads to an earlier onset of information accumulation. This result does not only strengthen the notion that temporal preparation effects emerge in premotor processing stages, but also provides a promising basis for further research on the ubiquitous phenomenon of temporal preparation.

Die Fähigkeit, Vorhersagen über zukünftige Ereignisse zu treffen und sich anhand dieser Vorhersagen auf die kommenden Ereignisse vorzubereiten, ist seit langer Zeit Gegenstand psychologischer Forschung. Ein wichtiger Aspekt solcher Vorbereitungsprozesse ist die Vorbereitung auf den Zeitpunkt, zu dem ein Ereignis eintreten wird. Diese zeitliche Vorbereitung wurde lange als Prozess angesehen, der seine Wirkung vorwiegend im motorischen System entfaltet. Beispielsweise konnte konsistent gezeigt werden, dass verschiedene Korrelate der Aktivität des motorischen Systems wie Reaktionskraft, Reflexamplituden, motorisch evozierte Potentiale, und die Kontingente Negative Variation mit dem Ausmaß an zeitlicher Vorbereitung variieren. Neuere Studien hingegen widersprechen dieser klassischen Sichtweise und legen eine Wirkung zeitlicher Vorbereitung auch auf vormotorische Reizverarbeitungsstufen nahe. Die vorliegende Arbeit überprüft diese Annahme, insbesondere auch im Hinblick auf eine mögliche Verbesserung der Reizwahrnehmung durch zeitliche Vorbereitung und die einem solchen Effekt zugrunde liegenden Mechanismen. Zu diesem Zweck wurde der Einfluss der zeitlichen Vorbereitung in verschiedenen etablierten Paradigmen der Kognitionspsychologie untersucht, wie beispielsweise dem Doppelaufgabenparadigma, dem zeitlichen Reihenfolgeurteil sowie der Methode des Geschwindigkeits-Genauigkeitsabgleiches. Zunächst wurde die Effektübertragungseigenschaft des Doppelaufgabenparadigmas genutzt, um den Effekt der zeitlichen Vorbereitung auf die Reaktionszeit in entweder motorischen oder prämotorischen Reizverarbeitungsstufen zu lokalisieren. Die Ergebnisse dieser Studie sprechen dafür, dass die Reaktionszeitverkürzung, die typischerweise unter guter zeitlicher Vorbereitung auftritt, ausschließlich in vormotorischen Verarbeitungsstufen entsteht. Anhand dieses Paradigmas kann allerdings nicht entschieden werden, ob dies eher auf eine Beeinflussung von Wahrnehmungs- oder Entscheidungsprozessen zurückzuführen ist. Deshalb wurde in weiteren Experimenten der Einfluss zeitlicher Vorbereitung auf die Reizwahrnehmung in der visuellen und auditiven Modalität direkter untersucht, indem Diskriminationsschwellen für das zeitliche Reihenfolgeurteil und die Tonhöhendiskrimination erfasst wurden. Unter Bedingungen guter zeitlicher Vorbereitung zeigte sich sowohl eine feinere zeitliche Auflösung des visuellen Systems als auch eine verbesserte auditive Diskriminationsleistung. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass die Qualität der perzeptuellen Verarbeitung von zeitlicher Vorbereitung profitieren kann. Traditionelle Modelle zur Wirkungsweise der zeitlichen Vorbereitung, die Veränderungen der motorischen Aktivierung durch zeitliche Vorbereitung postulieren, lassen sich mit einer solchen verbesserten perzeptuellen Reizverarbeitung nur schwer in Einklang bringen. Einen möglichen Erklärungsansatz bietet allerdings die Vorstellung, dass zeitliche Aufmerksamkeit die Dynamik der Informationsakkumulation im perzeptuellen System beeinflusst. In einem letzten Experiment wurde zur Untersuchung dieser Annahme der Geschwindigkeits-Genauigkeitsabgleich für eine visuelle räumliche Diskriminationsaufgabe manipuliert. Anhand der resultierenden Beziehung zwischen Bearbeitungszeit und Genauigkeit für diese Aufgabe konnte gezeigt werden, dass zeitliche Vorbereitung tatsächlich zu einem früheren Beginn der Akkumulation von Information über den Zielreiz führt. Dieses Ergebnis stützt nicht nur die Annahme, dass die Effekte zeitlicher Vorbereitung in vormotorischen Stufen der Verarbeitung zu verorten sind, sondern stellt auch einen möglichen Ausgangspunkt für weitergehende theoretische Entwicklungen und empirische Untersuchungen dar.