Modulation of saccadic curvature by spatial memory and associative learning [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Stephan König

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Modulation of Saccadic Curvature by SpatialMemory and Associative LearningDissertationzur Erlangung des Doktorgradesder Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)dem Fachbereich Psychologieder Philipps-Universität Marburgvorgelegt vonStephan Königaus ArnsbergMarburg/Lahn, Oktober 2010Vom Fachbereich Psychologie der Philipps-Universität Marburg als Dissertationangenommen am _________________Erstgutachter: Prof. Dr. Harald Lachnit, Philipps Universität MarburgZweitgutachter: Prof. Dr. John Pearce, Cardiff UniversityTag der mündlichen Prüfung am: 27.10.2010AcknowledgmentI would like to thank Prof. Dr. Harald Lachnit for providing the opportunity for mywork on this thesis. I would like to thank Prof. Dr. Harald Lachnit, Dr. Anja Lotz andProf. Dr. John Pearce for proofreading, reviewing and providing many valuablesuggestions during the process of writing. I would like to thank Peter Nauroth, SarahKeller, Gloria-Mona Knospe, Sara Lucke and Anja Riesner who helped in recruitingparticipants as well as collecting data.I would like to thank the Deutsche Forschungsgemeinschaft for their supportthrough the graduate program NeuroAct (DFG 885/1), and project Blickbewegungen alsIndikatoren assoziativen Lernens (DFG LA 564/20-1) granted to Prof. Dr. HaraldLachnit.SummaryThe way the eye travels during a saccade typically does not follow a straight linebut rather shows some curvature instead.

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Published 01 January 2010
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Modulation of Saccadic Curvature by Spatial
Memory and Associative Learning
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
dem Fachbereich Psychologie
der Philipps-Universität Marburg
vorgelegt von
Stephan König
aus Arnsberg
Marburg/Lahn, Oktober 2010Vom Fachbereich Psychologie der Philipps-Universität Marburg als Dissertation
angenommen am _________________
Erstgutachter: Prof. Dr. Harald Lachnit, Philipps Universität Marburg
Zweitgutachter: Prof. Dr. John Pearce, Cardiff University
Tag der mündlichen Prüfung am: 27.10.2010Acknowledgment
I would like to thank Prof. Dr. Harald Lachnit for providing the opportunity for my
work on this thesis. I would like to thank Prof. Dr. Harald Lachnit, Dr. Anja Lotz and
Prof. Dr. John Pearce for proofreading, reviewing and providing many valuable
suggestions during the process of writing. I would like to thank Peter Nauroth, Sarah
Keller, Gloria-Mona Knospe, Sara Lucke and Anja Riesner who helped in recruiting
participants as well as collecting data.
I would like to thank the Deutsche Forschungsgemeinschaft for their support
through the graduate program NeuroAct (DFG 885/1), and project Blickbewegungen als
Indikatoren assoziativen Lernens (DFG LA 564/20-1) granted to Prof. Dr. Harald
Lachnit.Summary
The way the eye travels during a saccade typically does not follow a straight line
but rather shows some curvature instead. Converging empirical evidence has
demonstrated that curvature results from conflicting saccade goals when multiple
stimuli in the visual periphery compete for selection as the saccade target (Van der
Stigchel, Meeter, & Theeuwes, 2006). Curvature away from a competing stimulus has
been proposed to result from the inhibitory deselection of the motor program
representing the saccade towards that stimulus (Sheliga, Riggio, & Rizzolatti, 1994;
Tipper, Howard, & Houghton, 2000). For example, if participants are instructed to
perform a saccade towards a defined target stimulus and to ignore a simultaneously
presented nearby distractor stimulus, a saccade landing on the target typically exhibits
curvature away from the distractor (e. g. Doyle & Walker, 2001).
The present thesis reports how trajectories of saccadic eye movements are affected
by spatial memory and associative learning. The final objective was to explore if the
curvature effect can be used to investigate associative learning in an experimental
paradigm where competing saccade targets are retrieved from associative memory
rather than being sensory events. The thesis incorporates manuscripts on the following
working steps to accomplish this objective: The first manuscript presents the computer
software that was written in order to derive measure of saccadic curvature from the
recorded eye movement traces. The second manuscript replicates and extends prior
reports on the effect of (non-associative) spatial working memory on saccade deviations
(Theeuwes, Olivers, & Chizk, 2005). The third manuscript uses a novel associative
learning task to demonstrate that changes in saccadic curvature during associative
learning comply with the acquisition and extinction of competing associations as
predicted by the Rescorla-Wagner model (Rescorla & Wagner, 1972), originally put
forward to explain classical conditioning in animals.Zusammenfassung
Die Trajektorie einer sakkadischen Blickbewegung weist im Allgemeinen eine
leichte Krümmung auf. Empirische Befunde sprechen dafür, dass eine gekrümmte
Trajektorie vor allem dann resultiert, wenn in der visuellen Peripherie mehrere Reize als
potentielle Sakkadenziele dargeboten werden, und so um die Selektion als Sakkadenziel
konkurrieren (Van der Stigchel, Meeter, & Theeuwes, 2006). Eine Abweichung der
Trajektorie in Gegenrichtung zur Position eines konkurrierenden Reizes ist durch die
Inhibition des Motorprogramms erklärt worden, das die Sakkade in Richtung des
konkurrierenden Reizes repräsentiert (Sheliga, Riggio, & Rizzolatti, 1994; Tipper,
Howard, & Houghton, 2000). Ist eine Versuchsperson zum Beispiel instruiert eine
Blickbewegung auf einen als Zielreiz definierten Stimulus hin auszuführen, und dabei
einen gleichzeitig dargebotenen Distraktorreiz zu ignorieren, so krümmt sich die
Sakkade weg von der Distraktorposition (e. g. Doyle & Walker, 2001).
Die vorliegende Dissertation untersucht Einflüsse des räumlichen Gedächtnisses
und des assoziativen Lernens auf die Krümmung von Sakkadentrajektorien. Die
übergeordnete Fragestellung ist, ob der Krümmungseffekt Aufschluss über assoziative
Lernprozesse gibt, wenn im Lernexperiment Konkurrenz nicht zwischen sensorischen
Reizen sondern zwischen konfligierenden Vorhersagen des Sakkadenziels besteht. Die
Dissertation umfasst folgende Manuskripte, die einzelne Arbeitsschritte auf dem Weg
zur Beantwortung dieser Frage dokumentieren: Das erste Manuskript dokumentiert die
Computersoftware, die im Rahmen der Dissertation zur Parametrisierung der
aufgezeichneten Blickbewegungssignale programmiert wurde. Das zweite Manuskript
repliziert und erweitert empirische Befunde über den Einfluss des räumlichen
Arbeitsgedächtnisses auf die Auslenkung von Trajektorien (Theeuwes, Olivers, &
Chizk, 2005). Das dritte Manuskript beschreibt ein neues assoziatives Lernparadigma
und demonstriert, wie die Krümmung von Sakkadentrajektorien im Lernverlauf durch
die Akquisition und Extinktion von Gedächtnisinterferenz moduliert wird. Die
beobachtete Modulation steht im Einklang mit den Vorhersagen der Theorie von
Rescorla und Wagner (1972) zur Erklärung von klassischer Konditionierung im
Tierbereich.