Doctoral thesis

Moving individual differences in face identity discrimination from noise to signal

SPR

  • Fribourg, Switzerland, 2022

1 ressource en ligne (187 pages) ; 1 fichier pdf

Thèse: Université de Fribourg (Suisse), 2022

English French Determining the identity of other individuals is a key aspect of humans’ everyday life and is mostly achieved by visually sampling the face of one’s interlocutor. For decades, humans have been thought to use a universal strategy to extract facial identity information. However, in the last decade, this idea has been heavily challenged, and interest in individual differences in fixation patterns has grown considerably. This new line of work has highlighted that observers differ systematically in the way they direct their fixations towards facial regions during face identification. Strikingly, sampling strategies do not correlate with accuracy levels. On the contrary, forcing observers to fixate away from their preferred viewing position can weaken their performance. However, while evidence is accumulating in terms of (oculomotor) behavior, whether individual differences also extend to the neural level remains unaddressed. To fill this gap, we investigated whether and how preferences for fixations on certain viewing positions may also emerge in terms of neural activity. In Study 1, we recorded implicit neural face discrimination using fast periodic visual stimulation paired with electroencephalographic recordings (FPVS-EEG). Responses were obtained while fixation was parametrically varied across 10 different viewing positions. From the same subjects, we also extracted their natural fixation pattern during a behavioral identity-related task. Our data highlight two main observations. First, we found that the pattern of neural responses across viewing positions varies across observers; that is, conditions triggering stronger or weaker responses varied across our participants.
Second, these idiosyncrasies mimicked those observed at the oculo-motor behavioral level. In other words, we found that the more an individual naturally fixates on a facial information, the more likely that information is to trigger a strong neural face identity discrimination response. Altogether, these findings support the idea that individual differences in terms of viewing position preference are functionally meaningful.
In Study 2, we aimed to better understand these idiosyncrasies by assessing their reliability over time in terms of both response amplitude and response topography.
For this reason, we used a test-retest design with a six-month interval between the two sessions and the same FPVS-EEG paradigm and conditions tested in Study 1. Our data show that while overall FPVSEEG provides a reliable measure of both the strength of neural face identity discrimination and the pattern of responses across viewing positions, participants differed in terms of their topographical reliability. Importantly, we found a positive and significant relationship between this parameter and the
magnitude of the response itself: the stronger the response, the more defined and reliable its scalp distribution. These findings highlight the importance of considering the reliability of the response of interest, which cannot always be taken for granted. Nonetheless, the reliability of neural response patterns across viewing positions suggests that individual difference at this level reflects genuine variations across individuals. Finally, in Study 3, we explored the hypothesis that the individual differences observed in Studies 1 and 2 could be reduced by modulating stimulus size. Specifically, we recorded neural face discrimination using FPVS-EEG while varying fixation across different viewing positions and parametrically rescaling stimuli across five sizes. Contrary to our expectations, individual differences persisted across all sizes. Nevertheless, our data also show that presenting stimuli at a 6.7° visual angle
while enforcing fixation just below the nasion represents both the most optimal condition for most observers and the least optimal for a few.
Overall, the data presented in this thesis highlight the existence of individual differences in patterns of neural face identity discrimination responses across viewing positions and provide evidence supporting their functional meaning and reliability. While our results raise new, important questions regarding which factors drive these idiosyncrasies, they also highlight the need to reconceptualize individual
differences as a unique and rich source of information rather than noise.
Être capable de déterminer l’identité d’autrui est un aspect clef dans la vie quotidienne de chaque être humain et est réalisé principalement en échantillonnant visuellement le visage de son interlocuteur-trice. Durant des décennies, on a pensé que les humains utilisaient une stratégie universelle pour extraire des informations sur l’identité d’une personne. Cependant, au cours de la dernière décennie, cette idée a été fortement remise en question, et l’intérêt pour les différences individuelles concernant les patterns
de fixations s’est considérablement développé. Cette nouvelle branche de recherche a mis en évidence que les observateurs-trices diffèrent systématiquement dans leur façon de définir leurs points de fixation sur les différentes régions faciales lors de l’identification d’un visage. Étonnamment, les stratégies d’échantillonnage ne corrèlent pas avec les niveaux de performances. Au contraire, de forcer des observateurs-trices à s’éloigner de leur point de fixation de prédilection peut réduire leurs performances.
Cependant, alors que des preuves s’accumulent en termes de comportement (oculomoteur), il n’a pas encore été déterminé si les différences individuelles s’observent également au niveau neuronal. Afin de combler cette lacune, nous avons cherché à savoir si et comment des préférences pour certains points de fixation peuvent se manifester en termes d’activité neuronale. Dans l’étude 1, nous avons enregistré la discrimination neuronale implicite de visages à l’aide d’une stimulation visuelle périodique rapide couplée à des enregistrements électroencéphalographiques
(FPVS-EEG). Les réponses des participant-e-s ont été comparées pour 10 points de fixation différents. Pour ces mêmes participant-e-s, nous avons également analysé leur pattern de fixation naturel durant une tâche comportementale de reconnaissance de l’identité. Nos données mettent en évidence deux observations principales. Premièrement, nous avons découvert que le pattern de réponses neuronales en
fonction des points de fixation variait selon les participant-e-s ; c’est-à-dire que les conditions déclenchant des réponses plus fortes ou plus faibles variaient d’un-e participant-e à l’autre. Deuxièmement, ces idiosyncrasies imitent celles observées au niveau comportemental oculomoteur. En d’autres termes, nous avons découvert que plus un individu se fixe naturellement sur une information faciale, plus cette information est susceptible de déclencher une forte réponse neuronale de discrimination d’identité faciale. Dans l’ensemble, ces résultats soutiennent l’idée que les différences
individuelles en termes de préférences de zone d’observation sont fonctionnellement significatives. Dans l’étude 2, nous avons cherché à mieux comprendre ces idiosyncrasies en évaluant leur fiabilité dans le temps en termes d'amplitude et de topographie de réponse. Pour cette raison, nous avons utilisé un design expérimental de test-retest avec un intervalle de six mois entre les deux sessions, en utilisant le même paradigme FPVS-EEG ainsi que les mêmes conditions testées lors de la première expérience. Nos données montrent que, bien que le FPVS-EEG fournisse de
façon globale une mesure fiable à la fois de la force de la discrimination neuronale de l’identité faciale et du pattern de réponses selon les points de fixation, les participant-e-s différaient en termes de fiabilité topographique. En particulier, nous avons trouvé une relation positive et significative entre ce paramètre et l'ampleur de la réponse elle-même : plus la réponse est forte, plus sa distribution topographique est définie et fiable. Ces résultats soulignent l'importance de considérer la fiabilité de la réponse d'intérêt
qui ne peut pas toujours être considérée comme acquise. Néanmoins, la fiabilité des patterns de réponse neuronale en fonction des points de fixation suggère que la différence individuelle à ce niveau reflète de véritables variations entre les individus.
Enfin, dans l'Étude 3, nous avons exploré l'hypothèse selon laquelle les différences individuelles observées dans les Études 1 et 2 pourraient être réduites en modulant la taille du stimulus. Plus spécifiquement, nous avons enregistré la discrimination neuronale d’un visage à l'aide du FPVS-EEG tout en variant le point de fixation et en redimensionnant les stimuli selon cinq tailles. Contrairement à nos attentes, des différences individuelles ont persisté pour toutes les tailles. Néanmoins, nos données
montrent également que de présenter des stimuli à un angle visuel de 6,7° tout en imposant une fixation juste en dessous du nasion représente à la fois la condition la plus optimale pour la plupart des observateurs-trices, mais également la moins optimale pour une minorité d’entre eux-elles. Dans l'ensemble, les données présentées dans cette thèse mettent en évidence l'existence de différences individuelles dans les patterns de réponses neuronales de discrimination d’identité faciale selon les
points de fixation et fournissent des preuves soutenant leur signification fonctionnelle et leur fiabilité. Alors que nos résultats soulèvent de nouvelles questions importantes concernant les facteurs à l'origine de ces idiosyncrasies, ils soulignent également la nécessité de reconceptualiser les différences individuelles comme une source d'informations unique et riche plutôt que comme du bruit.
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