Associatie of differentiatie: De neurale mechanismes onderliggend aan de modulatie van object representaties door temporele contiguïteit en discriminatie

Het visuele systeem bestaat uit twee afzonderlijke hiërarchisch georganiseerde circuits: de dorsale en de ventrale baan. Hoe hoger in de hiërarchie van de ventrale baan, hoe groter de receptieve velden van de neuronen en hoe complexer de eigenschappen waarop de neuronen reageren. In de laterale occipitale en ventrale temporale cortex bevatten de neurale responsen uiteindelijk gedetailleerde representaties van de identiteit van visuele stimuli, waardoor ze van vitaal belang zijn bij objectherkenning. Accurate objectherkenning is zowel selectief als tolerant. Enerzijds moeten objectrepresentaties selectief genoeg zijn om ervoor te zorgen dat sterk op elkaar lijkende objecten van elkaar kunnen worden onderscheiden. Anderzijds moeten objectrepresentaties ook voldoende tolerant zijn voor verschillen in uitzicht die veroorzaakt worden door verschillende waarnemingscondities. In dit doctoraatsproject wilden we meer inzicht krijgen in hoe transformatietolerante objectrepresentaties ontstaan in onze hersenen, en welke rol temporele contiguïteitstraining hierin speelt. In een tweede deel van het project lieten we onze primaire focus op high-level vision los en verbreedden we onze blik naar de gehele ventrale visuele baan om te bestuderen hoe symmetrieperceptie zich verhoudt tot visuele representaties en neurale communicatie tussen specifieke hersengebieden in de ventrale visuele baan.

De eerste studie (hoofdstuk 2) onderzocht of gezichtspuntstolerantie wordt weerspiegeld in het neurale visuele systeem en of die gemanipuleerd kan worden door middel van training (Van Meel & Op de Beeck, 2018). De gedragsresultaten gaven aan dat het in elkaar laten overvloeien van verschillende gezichten (morphing) tijdens training ervoor kan zorgen dat het visuele systeem de gemorphte identiteiten door elkaar haalt. De resultaten van ons fMRI-experiment suggereerden daarentegen dat training met meerdere gezichtspunten zonder morphing nuttig is voor gezichtspuntstolerantie. In het gedragsexperiment was de effectgrootte weliswaar kleiner dan in eerdere experimenten, en ook in het fMRI-experiment was het effect zwak vanuit statistisch oogpunt.

In hoofdstuk 3 onderzochten we temporele contiguïteitstraining met normale en veranderende afbeeldingen respectievelijk de neurale groottetolerantie voor objecten kan opbouwen en doorbreken (Van Meel & Op de Beeck, 2020; Zeman, Van Meel, & Op de Beeck, 2019, conference paper). In de multivariate neurale patronen in LOC waren de grootte, similariteit en identiteit van objecten gerepresenteerd. Temporele contiguïteitstraining had echter geen invloed op de groottetolerantie in LOC. Deze bevindingen suggereren dus dat groottetolerantie in de menselijke object-selectieve cortex robuuster is dan verwacht op basis van eerder werk bij apen.

Tot slot presenteren we een fMRI-studie met twee experimenten (hoofdstuk 4) waarin de neurale representatie van symmetrie werd onderzocht (Van Meel, Baeck, Gillebert, Wagemans, & Op de Beeck, 2019). Onze resultaten suggereerden dat neurale representaties voor symmetrische en asymmetrische stimuli geleidelijk veranderen doorheen de ventrale visuele baan, van strikt part-based in V1 en V2 naar een meer holistische representatie in LOC. Deze verandering in representaties ging gepaard met toegenomen communicatie tussen linker en rechter retinotopische gebieden in V2 en V4.