Perceptual binding of static and dynamic signals: a psychophysical and electrophysiological study on contour integration.

The present work investigates the mechanisms underpinning the integration of local signals (either local orientations, positions or directions) into whole configurations. The investigation is composed of three studies that try to disentangle the issue using a contour integration paradigm. Each of them focuses on a specific aspect of the problem. Study one compares two integration models: the first is the well known “association field model”, based on local lateral interactions between adjacent receptive fields tuned to similar orientation (in primary visual area V1). The second is a second-stage filter that follows rectification of first-order filters. Study two tests, instead, the idea that a local cooperative system is responsible for the integration of directional signals. In addition it investigates whether such a mechanism could explain the “motion facilitation effect” usually found with dynamic (compared to static contours). Finally, study three extends findings from study two recording Visual Evoked Potentials (VEPs) elicited by static and dynamic contours. My findings provide support to the idea that a mechanism based on local lateral interactions in V1 could account for the integration of static contours, whereas a local cooperative mechanism could account for the integration of static contours. Moreover, these two mechanisms interact, in a way that the cooperative motion system facilitates or impairs the input feeding the static association field.

Questa tesi investiga i meccanismi responsabili dell’integrazione di segnali locali (siano essi orientazioni, posizioni o direzioni di elementi locali) in configurazioni globali. Il lavoro si compone di tre studi, che provano a dare una risposta alla domanda attraverso l’utilizzo di un paradigma di integrazione di contorni. Ciascuno studio approfondisce uno specifico aspetto del problema. Il primo studio confronta due modelli di integrazione: il primo è il celebre “campo associativo”, basato su connessioni laterali (presenti nella corteccia visiva primaria) tra campi recettivi adiacenti e sensibili per orientazioni locali simili. Il secondo modello è un filtro di second’ordine che riceve come input il risultato di un processo di rettificazione dell’output filtri di primo ordine. Il secondo studio verifica, invece, se un sistema cooperativo locale spiega in maniera esaustiva l’integrazione di segnali locali di direzione. Inoltre, questo studio investiga anche la possibilità che il suddetto meccanismo cooperativo possa spiegare la “facilitazione data dal movimento” che si trova, di solito, quando si confronta la abilità di rilevare un la presenza di un contorno dinamico rispetto ad uno statico. In ultimo, lo studio tre amplia i risultati del secondo studio, avvalendosi di una tecnica di registrazione di potenziali evocati elicitati da contorni statici e dinamici. Nel complesso, i tre studi supportano l’idea che un sistema basato su connessioni laterali (presenti nella corteccia visiva primaria) possa determinare l’integrazione di contorni statici, mentre un sistema cooperativo spiega l’integrazione di segnali di movimento locali. In aggiunta, questi due sistemi interagiscono continuamente, con il sistema di movimento che determina la qualità dell’input che sarà utilizzato, successivamente, dal sistema associativo statico.