Attenuation and Agency: Understanding Perception through the Examination of Sensory Phenomena

Abstract

Sensory attenuation (SA) describes the process by which self-initiated sensory input is perceived with reduced intensity compared to externally generated sensory input. Motor-based forward models constitute the dominant approaches to explain this phenomenon. According to this framework, action-planning involves the generation of efference copies in addition to motor commands. These efference copies allow predictions about sensory consequences, which are then compared to the actual sensory input. Subsequently, the amount of sensory discrepancy deriving from this comparison assists in forming judgements about our sense of agency (SoA) - the experience of control over self-initiated actions and their sensory consequences. However, recent studies have observed the influence of external mechanisms on SA, thereby challenging this explanatory approach. The theory of predictive processing proposes that all anticipated sensory stimuli, irrespective of their origin, can be subject to SA, potentially explaining the diverse range of observed results. In this dissertation, I describe both explanatory approaches and provide an overview on the impact of temporal predictability, identity prediction and SoA. I continue with summarizing the four dissertation studies, which all examined the influence of motor and non-motor cues on perceptual processing. At last, I will discuss the implications, both methodologically and explanatory, of the observed effects. In Study 1, we examined visual SA by comparing the intensities of virtually occluded stimuli to non-occluded stimuli in a Virtual Reality (VR) set-up. Participants were instructed to move their hands, which were not rendered (i.e., not visible) in VR, into their visual field. The hand movement triggered the appearance of the stimuli, which were either placed behind the participant’s hand or elsewhere. The results indicated that the location of the hand had a stronger impact on perceptual sensitivity than the hand movement itself. In Study 2, using a two-phase comparison to examine auditory SA online, we observed enhancement instead of attenuation for self-initiated auditory stimuli. Overall, these findings suggested the influence of certain external factors, namely accompanying sensory input, identity prediction and signal strength. Study 3 investigated the influence of supraliminal and subliminal prime stimuli on SoA while avoiding post-hoc subject selection. The findings indicated that primes influenced SoA solely when consciously processed. In Study 4, we aimed to gain more control over stimulus presentation by implementing a novel VR set-up to examine somatosensory SA. The results suggested that SA is adaptive and influenced by external factors like signal strength and temporal predictability.

Die sensorische Attenuation (SA) beschreibt den Prozess, bei dem selbstinitiierte Reize im Vergleich zu extern generierten Reizen mit reduzierter Intensität wahrgenommen werden. Motorbasierte Vorwärtsmodelle sind der prominenteste Ansatz um dieses Phänomen zu erklären. Diese Erklärung folgt dem Reafferenzprinzip: Während der Aktionsplanung werden zusätzlich zu den motorischen Befehlen neuronale Repräsentationen der geplanten Aktion (d.h. Efferenzkopien) generiert. Diese Efferenzkopien ermöglichen Voraussagen über sensorische Konsequenzen, die dann mit dem tatsächlichen sensorischen Input verglichen werden. Anschließend trägt die Menge der sensorischen Diskrepanz aus diesem Vergleich dazu bei, Urteile über unsere Handlungsfähigkeit (SoA) zu bilden. Aktuelle Studien haben jedoch einen Einfluss externer Mechanismen auf die SA beobachtet, welchen Vorwärtsmodelle nur bedingt erklären können. Die „Predictive Processing“ Theorie schlägt ein generelles Verarbeitungsmodel vor. Nach diesem Ansatz können alle erwarteten sensorischen Reize, unabhängig ob selbst-initiiert oder extern generiert, der SA unterliegen. In dieser Dissertation stelle Ich die verschiedenen theoretischen Ansätze vor und gebe einen Einblick in die Verbindung zwischen SA und SoA und die Auswirkungen von externen Faktoren, die die Voraussage über Zeitpunkt und Identität der Stimuli vereinfachen. Danach folgt die Zusammenfassung der vier Dissertationsstudien, die alle den Einfluss externer Faktoren auf die Wahrnehmungsverarbeitung untersuchten. Zum Schluss diskutiere ich die beobachteten Effekte, sowohl methodologisch als auch theoretisch. In Studie 1 untersuchten wir die visuelle SA, indem wir die Intensitäten verdeckter Reize mit nicht verdeckten Reizen in einem Virtual-Reality-Setup (VR) verglichen. Die Teilnehmenden wurden angewiesen, ihre Hände, die in VR nicht dargestellt wurden und so für die Teilnehmenden nicht sichtbar waren, in ihr Sichtfeld zu bewegen. Die Handbewegung löste das Erscheinen von visuellen Reizen aus, die entweder hinter der Hand der Teilnehmenden oder an anderer Stelle im visuellen Sichtfeld platziert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Position der Hand einen stärkeren Einfluss auf die Wahrnehmungssensitivität hatte als die Handbewegung selbst. In Studie 2 untersuchten wir die SA in der auditiven Modalität mit zwei Online Versuchen. Die Resultate zeigten eine sensorische Verstärkung anstelle einer SA für selbstinitiierte auditive Reize. Darüber hinaus beobachteten wir einen Einfluss externer Faktoren auf SA, genauer von (1) zeitgleich auftretenden Reizen; (2) gelernten Kombinationen, die die Identitätsvorhersage der Reize vereinfachten; und (3) die Signalstärke der Reize. Studie 3 untersuchte den Einfluss von supraliminalem und subliminalem Priming auf die SoA. Die Ergebnisse zeigten, dass Prime-Reize die SoA nur beeinflussten, wenn sie bewusst verarbeitet wurden. In Studie 4 implementierten wir ein neuartiges VR-Setup, um SA in der somatosensorischen Modalität zu untersuchen. Wir beobachteten Adaptivität in der SA, beeinflusst von externen Faktoren wie der Signalstärke und zeitlicher Vorhersagbarkeit der Reize.