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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.59.2016.tde-11022016-103811
Document
Author
Full name
Rui de Moraes Júnior
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2016
Supervisor
Committee
Fukusima, Sergio Sheiji (President)
Alves, Nelson Torro
Boggio, Paulo Sérgio
Galera, Cesar Alexis
Silva, Jose Aparecido Da
Title in English
Lateralidade e curso temporal do processamento de frequências espaciais na codificação de faces
Keywords in English
Coarse-to-fine
Face perception
Hemispheric specialization
Spatial frequency
Abstract in English
O sinal de entrada na retina é decomposto em termos de frequência espacial (FE), variações periódicas de luminância ao longo do espaço. Existe vasta literatura sobre o processamento de FE no córtex visual primário. No entanto, não se sabe ao certo como esta informação sensorial básica é processada e integrada numa visão de alto nível. Esta tese aborda este tema ao investigar lateralidade cerebral, tempo de processamento e contexto cognitivo em três diferentes seções com objetivos específicos. Estas seções investigaram comportamentalmente visão de alto nível tendo a face humana como estímulo, dado sua relevância biológica e social. Na primeira seção (Theoretical Review), uma revisão apresenta estudos clínicos e neuropsicológicos que mostram áreas cerebrais envolvidas na percepção de faces e como os hemisférios esquerdo e direito realizam um processamento holístico e analítico baseado em informações de FEs. A especialização hemisférica de FE no reconhecimento de faces é então revisada e discutida. Concluiu-se que assimetrias sensoriais podem ser a base para assimetrias cognitivas de alta ordem. Ademais, foi destacado a influência do tempo de processamento. Na segunda seção (Study 1), foi investigado por método psicofísico a lateralidade de baixas e altas FEs no reconhecimento de faces em diferentes tempos de exposição. Faces com filtragem de FE foram apresentadas em campo visual dividido em alta e baixa restrição temporal em duas tarefas: reconhecimento facial (Experimento 1) e reconhecimento do sexo facial (Experimento 2). No Experimento 1, informações faciais de baixas e altas FEs foram mais eficientemente processadas no hemisfério direito e esquerdo, respectivamente, sem efeito do tempo de exposição das faces. Os resultados do Experimento 2 mostraram uma assimetria do hemisfério direito para baixas FEs em baixa restrição temporal. Conclui-se que o processamento de altas e baixas FEs é lateralizado nos hemisférios cerebrais no reconhecimento de faces. No entanto, a contribuição de altas e baixas FEs é dependente da tarefa e do tempo de exposição. Na terceira seção (Study 2) foi investigado qual estratégia temporal, coarse-to-fine (de baixas para altas FEs) ou fine-to-coarse, cada hemisfério cerebral utiliza para integrar informação de FE de faces humanas numa tarefa de categorização facial homem-mulher. Sequências dinâmicas breves coarse-to-fine e fine-to-coarse de faces foram apresentadas no campo visual esquerdo, direito e central. Os resultados do tempo de resposta e do score de eficiência invertida mostraram uma prevalência geral de um processamento coarse-to-fine, independente do campo visual de apresentação. Ainda, os dados da taxa de erro ressaltam o processamento coarse-to-fine realizado pelo hemisfério direito. No geral, esta tese fornece insights sobre assimetria cerebral funcional, integração de alto nível e curso temporal do processamento de FEs, principalmente para aqueles interessados na percepção de faces. Também foi mostrado que operações lateralizadas, tarefa-dependente e coarse-to-fine podem coexistir e interagir no cérebro para processar informação de FE.
Title in English
Laterality and processing time-course of spatial frequencies on face encoding
Keywords in English
Coarse-to-fine
Face perception
Hemispheric specialization
Spatial frequency
Abstract in English
Retinal input is decomposed in terms of spatial frequency (SF), i.e., periodic variations of luminance through space. There is extensive literature on the processing of SF in the primary visual cortex. However, it is still unclear how SF information is processed and integrated in high-level vision. This thesis addressed this issue in terms of laterality effects, processing time-course, and the cognitive context in three different sections with specific purposes. These sections behaviorally tackle high-level vision using human faces as stimuli due to their biological and social relevance. In the first section (Theoretical Review) a literature review presented clinical and neurophysiological studies that show brain areas that are involved in face perception and how the right and left hemispheres perform holistic and analytic processing, depending on SF information. The SF hemispheric specialization in face recognition is then reviewed and discussed. Our conclusion is that functional sensorial asymmetries may be the basis for high-level cognitive asymmetries. In addition, we highlighted the role of the processing time. In the second section (Study 1), we psychophysically investigated laterality of low and high SF in face recognition at different exposure times. The SF filtered faces were presented in a divided visual field at high and low temporal constraint in two tasks: face recognition (Experiment 1) and face gender recognition (Experiment 2). In Experiment 1, low and high SF facial information were more efficiently processed in the right and in the left hemisphere, respectively, with no effect of exposure time. In Experiment 2, results showed a right hemisphere asymmetry for low SF faces at low temporal constraint. We concluded that the processing of low and high SF is lateralized in the brain hemispheres for face recognition. However, low and high SF contribution is dependent on the task and the exposure time. In the third section (Study 2), we aimed to investigate which temporal strategy, i.e., coarse-to-fine (from low to high SF) or fine-to-course, each brain hemisphere performs to integrate SF information of human faces in a male-female categorization task. Coarse-to-fine and fine-to-course brief dynamic sequences of faces were presented in the left, right and central visual field. Results of the correct response time and the inverse efficiency score showed an overall advantage of coarse-to-fine processing, irrespective of the visual field of presentation. Data of the error rate also highlights the role of the right hemisphere in the coarse-to-fine processing. All in all, this thesis provided some insights on functional brain asymmetry, high-level integration, and processing time-course of SF information, mainly for those interested in face perception. It was also shown that lateralized, diagnostic-oriented, and coarse-to-fine operations may coexist and interact in the human brain to process SF information.
 
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Publishing Date
2016-05-02
 
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