Geometric-Optical Illusions from Early Visual Cortex: Computational Principles and Top-Down Feedback

01.09.2021 bis 31.08.2023

Seit Hunderten von Jahren haben die klassischen geometrisch-optischen Illusionen (GIs), d.h. Fehleinschätzungen geometrischer Eigenschaften, wenn visuelle Konturen angemessen interagieren, die Forschungsbemühungen sie zu verstehen, herausgefordert. Neurophysiologische Mechanismen im frühen visuellen Kortex (EVC) werden seit langem für die visuelle Wahrnehmungsgruppierung impliziert, aber ihre Rolle bei den GIs bleibt weitgehend unerforscht. Zu den ungelösten Fragen gehören: Wie wird der visuelle Input im EVC, um die illusorischen Wahrnehmungen zu verursachen, verzerrt? Sind für die Wahrnehmung von GIs Top-Down-Feedbacks von höheren kortikalen Arealen zum EVC notwendig? Dieses interdisziplinäre Projekt will diesen Fragen mit mathematischen Modellen und psychophysikalischen Experimenten nachgehen. Zuerst erstellen wir ein biologisch plausibles, nichtlinear-dynamisches Modell der EVC, das die Eigenschaften der Orientierungsabstimmung und die verschiedenen rezeptiven Feldgrössen seiner Neuronen sowie die neuronalen Verbindungen zwischen diesen Neuronen in einem rekurrent-neuronalen Schaltkreis mit oder ohne dem Vorhandensein von einem Top-down-Feedback aus höheren visuellen Bereichen erfasst. Das Modell wird uns helfen zu erforschen, wie Interaktionen zwischen Detektoren von visuellen Kontursegmenten eine prä-aufmerksamkeitsabhängige Verzerrung des visuellen Inputs bewirken könnten und wie ein Top-down-Feedback solche Interaktionen moduliert und zu den GIs führt. Zweitens verwenden wir visuelle psychophysikalische Experimente, um die GIs zu untersuchen und zu testen, wobei wir visuelle Inputs verwenden, die durch das Modell und durch rechnerische Überlegungen inspiriert wurden und hoffentlich neue GIs vorhersagen können. Sowohl in der Modellierungs- als auch in der Experimentierkomponente gehören zu den zentralen Fragen die entscheidende Rolle der geometrischen und maßstabsgetreuen Beziehungen zwischen den visuellen Eingabeelementen und die zentral-periphere Dichotomie, d.h. der Kontrast zwischen dem zentralen und dem peripheren Gesichtsfeld bei der Verfügbarkeit von Top-down-Feedbacks und bei der Sehschärfe. Dieses Projekt wird im Labor von Prof. Li Zhaoping am Lehrstuhl für Informatik der Universität Tübingen durchgeführt, wobei sie sich die einzigartige Kombination von theoretischer Neurowissenschaft und experimenteller Psychologie in ihrem Labor und die hervorragende infrastrukturelle Unterstützung zunutze macht.