Saccadic Suppression and Sensorimotor Estimation: A Critical Analysis of Experimental Evidence

With each shift of our gaze, the eyes perform rapid movements called saccades. The transient sweep of the visual scene is not perceived, but rather the environment appear to be stable, as a consequence of the phenomenon of saccadic suppression, which consist in a transient reduction in visual sensitivity. While several mechanisms at the base of this phenomenon have been proposed, its origin is still debated. A recent model by Crevecoeur and Körding (2017) suggests that saccadic suppression emerges from optimal sensorimotor processing, in which the brain behaves as a Bayesian estimator that transiently downweights sensory input to maintain efficient motor control. To test this hypothesis experimentally, the inverse prediction was investigated: if perception is impaired by optimal motor control, then motor control should result suboptimal if participants are trained to give attention to a visual stimulus during a saccade. In this thesis, an analysis was conducted on a dataset collected from an experimental testing in which participants were instructed to perform saccades while reporting the perceived tilt of a visual stimulus. Saccades with similar direction and amplitude were performed in the absence of the stimulus, providing a set of control trials for comparison. The results show that saccades performing the perceptual task are characterised by greater variability, reduced amplitudes and peak velocities, increased durations and more asymmetric and irregular velocity profiles. These profiles deviate from the stereotypical smooth, bell-shaped velocity curve and reveal an overall disruption of the physiological main sequence. These findings support the hypothesis that perception and motor control share neural resources, demonstrating that modulation of visual perception during saccades can induce measurable alterations in oculomotor control.

Ad ogni spostamento dello sguardo, gli occhi compiono movimenti rapidi chiamati saccadi. Il rapido scorrimento della scena visiva non viene percepito, ma al contrario l’ambiente esterno appare stabile come conseguenza del fenomeno percettivo della soppressione saccadica, che consiste in una riduzione temporanea della sensibilità visiva. Sebbene siano stati proposti diversi meccanismi alla base di questo fenomeno, la sua origine è ancora oggetto di dibattito. Un modello recente proposto da Crevecoeur e Körding (2017) suggerisce che la soppressione saccadica emerga da un’efficiente elaborazione sensori-motoria in cui il cervello agisce come uno stimatore bayesiano che riduce transitoriamente il peso dell’input sensoriale per mantenere un controllo motorio ottimo. Per testare sperimentalmente questa ipotesi, è stata esplorata la predizione inversa: se la percezione è compromessa dal controllo motorio ottimo, allora il controllo motorio dovrebbe risultare subottimale se i partecipanti vengono istruiti a prestare attenzione ad uno stimolo visivo durante una saccade. Questa tesi si pone l’obiettivo di verificare questa ipotesi attraverso l’analisi di un dataset ottenuto da un test sperimentale in cui ai partecipanti veniva richiesto di eseguire delle saccadi riportando, allo stesso tempo, l’inclinazione percepita di uno stimolo visivo. Saccadi con direzione e ampiezza simili sono state eseguite in assenza dello stimolo, al fine di fornire un set di trial di controllo come riferimento. I risultati mostrano che le saccadi eseguite durante il compito percettivo sono caratterizzate da una maggiore variabilità, ampiezze e picchi di velocità ridotti, durate prolungate e profili di velocità più asimmetrici e irregolari. Questi profili si discostano dalla tipica curva di velocità regolare e a campana, mostrando una generale alterazione della sequenza principale fisiologica. Questi risultati supportano l’ipotesi che percezione e controllo motorio condividano risorse neurali, dimostrando che la modulazione della percezione visiva durante le saccadi può indurre alterazioni misurabili nel controllo oculomotorio.