Работен пакет 1

Постигнати резултати през отчетния период за РП1

Закупена е подходяща апаратура за изследване на мозъчната активност по време на поведенчески опити и научният колектив е обучен да я използва.

Изготвени са подходящи специализирани програми за изследване на прехода между несъзнателно и съзнателно възприятие в процесите на статистическо обучение, за промяна на възприятието на посока и за откриване на стимул всред фонов зрителен шум. За всички експерименти е създадена и тестирана подходяща зрителна стимулация.

Проведени са експерименти за изследване на статистическото обучение при два различни подхода - само с поведенчески експерименти и като комбинация от поведенчески и електрофизиологични експерименти за да се да се изследва процеса на статистическо обучение в неговото развитие и да се характеризира ролята на вниманието в този процес. Това е необходимо защото някои от теориите за съзнанието отъждествяват съзнателната дейност с вниманието. Нашите резултати показаха, значими промени в точността и времето за отговор, както и на параметрите на движение на очите в хода на статистическото обучение. Изследването на движенията на очите при откриване на пространствени закономерности позволява да се оцени хода на процеса на статичтическо обучение и неговата ефективност. Най-подходящи параметри на движенията на очите за описание на този процес са броят на сакадите и разпределението на фиксациите.

За изследване на процесите на спонтанна промяна на възприетата посока на движение са проведени експерименти с поредици от Глас патерни - спирали. Сравнени са честотата на възникване на промяна в две различни условия - при реална промяна в случайни моменти от движението и при възникване на спонтанна промяна на посоката на движение при илюзорно движение. Резулататите показват периодичност при възникване на спонтанна смяна на посоката на движение при илюзорно движение, което би могло да отразява синхронизацията между различни мозъчни структури когато стимулацията има повече от една интерпретации. При реално движение има по-голяма вариативност в отговорите на изследваните лица и по-висока честота на възприета смяна на посоката, което би могло да отразява взаимодействието между възходящите и низходящи процеси на преработка на информация в условия на неопределеност.

Определен е времевия праг за откриване на зрителен стимул сред сходни по форма и размер, но различни по ориентация шумови елементи. Установени са асиметрии в зависимост от ориентацията на стимулите, които не могат да се обяснят с хемисферни асиметрии и с взаимодействието между дорзалните и вентрални зрителни пътища.

Резултатите от проведените изследвания са публикувани в една статия с ИР и една статия в българско списание без ИФ. Част от резултатите са описани в доклад, приет за представяне на международна конференция, материалите от която предстои да бъдат публикувани в издание с ИР, а друга част са описани в доклад, подаден за рецензиране в конференция, която е реферирана в Scopus.

Two-dimensional smoothed histogram
Фигура 1. Двумерна загладена хистограма на позициите на погледа за всички изследвани лица и за всички стимули в последователните експерименти.
Фигура 2. Използваните изображения, подредени в съответствие с вероятността за представянето им в една и съща позиция.
Фигура 3. Ляво. Процент от отговорите, в които дадено изображение е поставено в определена позиция. Дясно. Вероятност едно и също изображение да заема дадена позиция. Номерът на изображенията е означен на абсцисата, а по ординатата са означени последователните позиции в решетката.
Фигура 4. Примери на кумулативната сума на отговорите на изследваните лица (в синьо) и регресионните линии за описание на зависимостта на кумулативната сума от поредицата представяния (червено) за лица, които успяват да открият правилото за класификация. Пунктираната линия представя идеалното изпълнение - линия, с наклон 1.
Фигура 5. Среден процент верни отговори за различните ориентации на триъгълниците.

Обяснение, ако част от дейностите не са осъществени, част от резултатите не са
постигнати, или са постигнати допълнителни резултати повече от очакваните

В първия етап на проекта е предвидено единствено получаване на сурови данни без те да се анализират. Не е възможно, обаче, да се оцени доколко планираните експерименти са подходящи, ако не се анализират поне поведенческите резултати. Допълнително през първия етап на проекта са проведени две изследвания. Едното от тях е свързано със статистическото обучение и ролята на движенията на очите в този процес. Това изследване включва само поведенчески експерименти и е проведено с малък брой участници, но резултатите от него са анализирани много задълбочено поради връзката на движенията на очите с процесите на внимание.

Проведохме също още един непланиран експеримент за класификация на зрителни изображения. Включихме този експеримент поради сходството на процесите, които участват при задачата за класификация с тези при статистическо обучение - процеси на обучение, на взимане на решение за отговор и за подготовка на моторен отговор. Статистическото обучение се смята за процес, който възниква несъзнателно, докато при класификацията на изображения изследваните лица съзнателно търсят правило за разделяне на стимулите в категории въз основа на обратната връзка, която получават. Сравняването на мозъчната активност при задача за класификация и за статистическо обучение би могло да даде допълнителни сведения за разликата между процесите на съзнателна и несъзнателна обработка на информация.

Проведените изследвания включват по-голям брой участници в електрофиозиологичните изследвания отколкото е планирано поради установените индивидуални различия при изпълнение на различните експериментални задачи.

Планирани дейности за II етап

Експерименталните данни от поведенческите изследвания ще бъдат анализирани чрез подходящи статистически методи, като генерализирани смесени линейни модели, за да се разкрие ефектът от експерименталните условия и да се вземат предвид индивидуалните различия между участниците. Данните от записите на EEG ще бъдат анализирани по метод, предложен от [24], за да се разкрие синхронизацията на записаната мозъчна активност между различните мозъчни структури по време на отделните поведенчески експерименти. Фазовата синхронизация на осцилациите в кората в различните честотни ленти ще се използва за определяне на функционалната свързаност между различните мозъчни области и тяхната връзка с интегрирането на различните когнитивни функции, например на представянето на сетивната информация с функциите на внимание и екзекутивен контрол. Функционалните карти на свързаността, получени при различните поведенчески задачи, ще бъдат сравнени, за да се установи дали се наблюдават общи характеристики, свързани с възникването на съзнателен опит.

Work packet 1

Results achieved during the reporting period for WP1

Appropriate equipment for studying brain activity during behavioral experiments has been purchased and the research team has been trained to use it.

Appropriate specialized programs have been developed to study the transition between unconscious and conscious perception in statistical learning processes, to change direction perception, and to detect a stimulus amidst background visual noise. Appropriate visual stimulation was created and tested for all experiments.

Experiments were conducted to investigate statistical learning in two different approaches - with only behavioral experiments and as a combination of behavioral and electrophysiological experiments to investigate the process of statistical learning in its development and to characterize the role of attention in this process. This is necessary because some theories of consciousness equate conscious activity with attention. Our results showed significant changes in accuracy and response time as well as eye movement parameters during statistical training. The study of eye movements during the detection of spatial regularities allows to evaluate the progress of the static learning process and its effectiveness. The most relevant parameters of eye movements to describe this process are the number of saccades and the distribution of fixations.

To study the processes of spontaneous change of the perceived direction of movement, experiments were conducted with series of Glass patterns - spirals. The frequency of occurrence of a change in two different conditions was compared - with a real change at random moments of the movement and with the occurrence of a spontaneous change of the direction of movement with illusory movement. The results show a periodicity in the occurrence of spontaneous movement direction change during illusory movement, which could reflect synchronization between different brain structures when the stimulation has more than one interpretation. In real motion, there is greater variability in subjects' responses and a higher frequency of perceived direction change, which could reflect the interplay between top-down and down-top information processing processes under conditions of uncertainty.

The time threshold for detecting a visual stimulus among noise elements similar in shape and size but different in orientation was determined. Asymmetries were found depending on the orientation of the stimuli, which could not be explained by hemispheric asymmetries and the interaction between the dorsal and ventral visual pathways.

The results of the conducted research were published in one article with SJR and one article in a Bulgarian journal without rang. Part of the results are described in a report accepted for presentation at an international conference, the materials of which are to be published in an edition with SJR, and another part is described in a report submitted for review at a conference that is referenced in Scopus.

Two-dimensional smoothed histogram
Figure 1. Two-dimensional smoothed histogram of gaze positions for all subjects studied and for all stimuli in successive experiments.
Figure 2. Images used, ordered according to the probability of their presentation in the same position.
Figure 3. Left. Percentage of responses where an image is placed in a specific position. Right. Probability of the same image occupying a given position. The number of the images is indicated on the abscissa, and the consecutive positions in the grid are indicated on the ordinate.
Figure 4. Examples of the cumulative sum of subjects' responses (in blue) and the regression lines describing the dependence of the cumulative sum on the series of presentations (red) for subjects who succeed in detecting the classification rule. The dashed line represents the ideal performance - a line with a slope of 1.
Figure 5. Average percentage of correct answers for the different orientations of the triangles.

Explanation if part of the activities were not carried out,
part of the results were not achieved, or additional results were achieved more than expected

In the first stage of the project, only receiving raw data without analyzing them is envisaged. It is not possible, however, to assess the appropriateness of the planned experiments without at least analyzing the behavioral results.

In addition, two studies were conducted during the first stage of the project. One of them is related to statistical learning and the role of eye movements in this process. This study involved only behavioral experiments and was conducted with a small number of participants, but its results were analyzed very thoroughly because of the connection of eye movements with attentional processes.

We also conducted another unplanned experiment on visual image classification. We included this experiment because of the similarity of the processes involved in the classification task to those in statistical learning—learning processes, response decision making, and motor response preparation. Statistical learning is thought to be a process that occurs unconsciously, whereas in image classification subjects consciously search for a rule to separate stimuli into categories based on the feedback they receive. Comparing brain activity during a classification and statistical learning task could provide further insight into the difference between conscious and unconscious information processing processes.

The conducted studies included a larger number of participants in the electrophysiological studies than planned due to the established individual differences in the performance of the various experimental tasks.

Planned activities for stage II

Experimental data from behavioral studies will be analyzed using appropriate statistical methods, such as generalized mixed linear models, to reveal the effect of experimental conditions and to account for individual differences between participants. The data from the EEG recordings will be analyzed according to a method proposed by [24] to reveal the synchronization of the recorded brain activity between the different brain structures during the individual behavioral experiments. The phase synchronization of cortical oscillations in different frequency bands will be used to determine the functional connectivity between different brain regions and their relation to the integration of different cognitive functions, for example, the representation of sensory information with the functions of attention and executive control. Functional connectivity maps obtained in the different behavioral tasks will be compared to determine whether common features associated with the emergence of conscious experience are observed.