Immagine tratta dal logo del progetto

Ricerca

THE CONSTRUCTION OF PERCEPTUAL SPACE-TIME

The research project CoPeST financed by an ERC starting grant

15 settembre 2015
Versione stampabile
by David Paul Melcher
Professor at CIMEC and at Department of Psychology and Cognitive Science, University of Trento.

English version
Versione italiana

We have a very specific subjective experience of our environment: we perceive objects, events and actions that happen in the present moment of time (“now”) in a unified and continuous space that surrounds our body (“here”). However, the way in which our minds construct our experience of time and space is still one of the main mysteries of human cognition. For example, human judgments of time and space are often inaccurate and can be tricked easily in laboratory experiments. Moreover, we know that the neurons in our brain encode sensory stimuli in a variety of different temporal and spatial scales, none of which can account for (in terms of temporal or spatial properties) our subjective experience of the world. Interestingly, many studies suggest that space and time interact in the way we perceive and interact with the world: they may not be truly independent in the brain.

The aim of the CoPeST project is to investigate the brain mechanisms underlying spatiotemporal perception of objects, events and scenes. In particular we have focused on how the brain uses these different temporal windows and spatial coordinate systems, as well as how these interact to give a coherent, continuous and seamless perception of our environment. To this end, we have developed paradigms to measure temporal windows and to study how information is combined across different spatial reference frames.
In the first part of the project we have found support for the existence of multiple temporal integration windows in the perception of objects and events. We also found strong evidence for an active role of motor signals in visual perception, and in particular the first evidence for the alignment of temporal integration windows with our gaze patterns. Moreover, we have been able to link these effects to specific neural processes, in particular to a set of brain oscillations and to changes in brain states and connectivity patterns.

We have also explored the effects of high-level and cognitive factors, such as attention and expectation, on temporal and multi-sensory integration. The initial results suggest that allocating attention influences how information is integrated at different time scales, as well as showing a link between these processes and prediction. In the second half of the project, we are now building on these findings to test specific hypotheses about brain mechanisms underlying these processes, as well as the link between time and space perception and our subjective awareness of the world.


LA COSTRUZIONE DELLA PERCEZIONE SPAZIO-TEMPORALE
Il progetto di ricerca CoPeST finanziato con un ERC starting grant

La nostra esperienza dell’ambiente che ci circonda è molto soggettiva e specifica: percepiamo gli oggetti, gli eventi e le azioni che accadono nel presente (“ora”) in uno spazio unificato e continuo che circonda il nostro corpo (“qui”). Tuttavia, la maniera in cui la mente costruisce la nostra esperienza spazio-temporale rimane ancora uno dei misteri della cognizione umana. Per esempio, la valutazione umana del tempo e dello spazio è spesso inesatta e può essere facilmente ingannata tramite esperimenti di laboratorio. Inoltre, sappiamo che i neuroni del cervello codificano stimoli sensoriali secondo una varietà di scale spazio-temporali diverse, nessuna delle quali può spiegare (in termini di proprietà spaziali o temporali) la nostra esperienza soggettiva del mondo. La cosa interessante è che molti studi suggeriscono che lo spazio ed il tempo interagiscono nella maniera in cui noi percepiamo e interagiamo con il mondo; potrebbero quindi non essere davvero autonomi all’interno del cervello. 

Lo scopo del progetto CoPeST è di indagare i meccanismi del cervello che sono alla base della percezione spazio-temporale degli oggetti, degli eventi e delle cose che vediamo. Ci siamo concentrati in particolare su come il cervello utilizzi tali differenti finestre temporali e sistemi di coordinate spaziali e su come questi interagiscono nel dare una percezione coerente, continua ed ininterrotta del nostro ambiente. A questo scopo, abbiamo sviluppato dei paradigmi per misurare le finestre temporali e studiare come le informazioni sono combinate in diversi quadri spaziali di riferimento.
Nella prima parte del progetto abbiamo riscontrato l’esistenza di finestre di integrazione temporale multiple nella percezione di oggetti ed eventi. Abbiamo anche avuto una forte dimostrazione del ruolo attivo dei segnali motori nella percezione visiva ed in particolare, abbiamo le prime prove dell’allineamento delle finestre temporali di integrazione con i nostri movimenti oculari. Inoltre, siamo stati in grado di collegare tali effetti e tali processi neurali specifici ad una serie di oscillazioni del cervello, nonché a cambiamenti negli stati del cervello e nei pattern connettivi.

Abbiamo inoltre esplorato gli effetti di fattori cognitivi, quali ad esempio l’attenzione e l’aspettativa, sull’integrazione temporale e multisensoriale. I primi risultati suggeriscono che il fatto di prestare attenzione influisce su come l’informazione è integrata, a seconda di diverse scale temporali, ma dimostra anche una connessione tra questi processi e la previsione. Nella seconda metà del progetto, partiamo da tali scoperte per sperimentare specifiche ipotesi riguardanti i meccanismi del cervello che stanno alla base di tali processi. Cerchiamo inoltre di capire il collegamento tra la percezione di tempo e spazio e la nostra consapevolezza soggettiva del mondo.