Behavioural studies on the perception of time

The behaviour of humans and animals requires a precise timing of events and actions. Catching a falling body, playing a piano or judging the movements of a dancer are all tasks that may fail or not depending on the precision and the accuracy the temporal processing. In this thesis, I studied the timing of visual stimuli in the scale of hundreds of milliseconds. Time perception of visual stimuli is tightly entangled with visual motion. Subjects are capable of judging the duration of a stationary flash, as tested in many psychophysical experiments. Nevertheless, in our daily life, a fine temporal discrimination is usually required when the target stimulus changes its position over time. I studied in several experiments how does the temporal processing change in relation to either biological or inanimate, gravity-accelerated motion. These two issues are discussed in chapter 1 (gravitational motion) and chapter 2 (biological motion). Motion perception goes beyond the real displacement of the target. The still image of a body in motion evokes in most of people a sense of movement, a phenomenon known as implied motion. Chapter 3 investigates the effect of implied motion on the perceived duration of the stimulus. Timing is relevant in both sensory and motor processing. Think for example to pair skating: each athlete need to execute her/his own movement with a precise time and to estimate the duration of the movement of the partner as well as. As shown in chapter 2, it is possible to relate the motor timing with the perceived duration of a stimulus. I integrated my experimental studies with a methodological research on the usage of hierarchical models (also called mixed models) in psychophysics. I provide a brief resume about this issue in the general introduction of this thesis. Mixed models were applied for data analysis of the experiments discussed in chapter 1. The studies that are discussed in this thesis will contribute to a further understanding of the temporal processing in the sensory and motor behaviour.

Il comportamento umano e animale presuppone una precisa stima temporale degli eventi esterni e degli atti motori. Il successo in compiti quali afferrare una palla, suonare uno strumento o giudicare il movimento di un ballerino dipende dalla capacità del sistema nervoso di processare l’informazione temporale. Oggetto di questa tesi è la stima temporale di stimoli visivi della durata di centinaia di millisecondi. Lo studio sulla discriminazione temporale è strettamente legato alla codifica del movimento nel sistema nervoso. Pur essendo in grado di stimare la durata temporale di un oggetto statico, nella nostra vita quotidiana la variabile tempo acquista importanza soprattutto quando ci troviamo ad interagire con un oggetto in movimento. In una serie di esperimenti ho testato su soggetti sani volontari come il movimento influenza la percezione del tempo. In particolare il capitolo 1 riguarda il movimento di un oggetto inanimato sottoposto all’azione del campo gravitazionale; il capitolo 2 il movimento di una figura umana (movimento biologico). Non sempre è necessario che lo stimolo visivo sia effettivamente in moto per trasmettere ad un osservatore una sensazione di movimento. Ad esempio la fotografia di un atleta che corre può trasmettere un senso di movimento, questo fenomeno è conosciuto nella letteratura delle neuroscienze come movimento implicito. Il capitolo 3 mostra come il movimento implicito modifichi la durata percepita di una immagine. La codifica di una informazione temporale è rilevante sia nei compiti percettivi che in quelli motori. Si pensi a titolo di esempio al pattinaggio in coppia: ciascuno dei due atleti deve eseguire il proprio movimento ad un tempo preciso e altresì stimare in modo accurato il movimento del compagno. Come mostrato nel capitolo 2, è possibile mettere in relazione il tempo dell’atto motorio con quello del giudizio percettivo. Il lavoro sperimentale è stato integrato da uno studio metodologico (statistico) sull’utilizzo dei modelli stratificati (GLMM) nelle neuroscienze comportamentali. Una breve sintesi di questo studio viene fornita nell’introduzione generale. Il modello in oggetto è stato altresì applicato all’analisi dei dati riportati nel capitolo 2. Gli studi esposti in questa tesi contribuiranno ad una migliore comprensione della codifica dell’informazione temporale nei compiti percettivi e motori.