33105

مدلسازي و تحليل فرآيند بايندينگ در حافظه كاري بينايي

دكترا

مهندسي پزشكي (گرايش بيومكانيك)

1393

1403/12/8

برهان بيگ زاده

محمد كمالي نژاد

مهندسي مكانيك

فرآيند بايندينگ را مي‌توان به عنوان يك مكانيزم حياتي در ادغام ويژگي‌هاي حسي مختلف يك محرك بصري (مانند رنگ، شكل، اندازه و غيره) تعريف كرد كه در نهايت منجر به ايجاد تجربه‌اي يكپارچه از بازنمايي اشياء واحد مي‌شود. بر اساس نظريه‌ي ادغام ويژگي‌ها آنه تريزمن در سطح ادراك، براي هر ويژگي بصري، نقشه‌هاي ويژگي مستقل وجود دارد و توجه در يك "مكان" باعث بايند اين ويژگيها براي درك تجربه يكپارچه ميشود. توسعه نظريه ادغام ويژگي‌ها در حوزه‌ي حافظه كاري جزء چالشهاي اصلي اين حوزه است. در اين رساله با الهام از مدل ادغام ويژگي‌ها، فرآيندهاي عصبي مكانيزم بايندينگ از طريق ثبت سيگنال‌هاي EEG از سه ويژگي بصري شامل رنگ، شكل و جهت در دو موقعيت مكاني چپ و راست و از 15 شركت‌كننده تحليل شده است. نتايج تحليل نشان داد كه پس از ارائه‌ي سريع يك محرك، ساختارهاي بايندينگ مرتبط با اين ويژگي‌ها در اختلاف دو نيمكره لوب اكسيپيتال-پريتال مغز قابل مشاهده و تفكيك هستند. به‌طور خاص، تحليل زماني-فركانسي نشان داد كه اطلاعات مرتبط با بايندينگ مكاني در قالب همفازي سيگنال‌ها در باندهاي آلفا و نيز شكل موج در باند تتا قابليت تفكيك دارند. ويژگيهاي بايند شده به مكان داراي تفاوت دامنه پاسخ در بازه زماني اوليه در باند تتا هستند و همچنين همفازي بين آزمودنيها در ويژگي‌هاي رنگ و شكل در باند آلفا در بازه اوليه و براي جهت بعد از اين بازه فعال شد. همچنين با تعريف بايندينگ شكلي و تحليل آن نشان دادهشد كه برخلاف مسير بين‌نيمكره‌اي بايندينگ مكاني، مسير پردازش در بايندينگ شكلي از نواحي پس‌سري به نواحي پيشاني انجام مي‌شود. بررسي بايندينگ شكل-جهت نشان داد كه ارتباطات قوي بين نواحي پس‌سري و پيشاني در باندهاي تتا و آلفا در بازه‌ي اوليه پس از ارائه‌ي محرك برقرار مي‌شود، درحالي‌كه بايندينگ شكل-رنگ عمدتاً در باند تتا و در بازه‌هاي زماني ديرتر مشاهده ميشود. اين يافته‌ها نشان مي‌دهند كه حافظه كاري بصري از دو مسير پردازشي مستقل براي بايندينگ استفاده مي‌كند؛ بايندينگ مكاني كه نقش چارچوب سازماندهي اوليه ويژگي‌ها را بر عهده دارد و بايندينگ شكلي كه اطلاعات هويتي ويژگي‌ها را به‌صورت مستقيم از نواحي پس‌سري به نواحي اجرايي مغز منتقل مي‌كند.

1403/12/18

Modeling and Analysis of Binding Mechanisms in Visual Working Memory

2/26/2026 12:00:00 AM

The binding process can be defined as a crucial mechanism for integrating various sensory features of a visual stimulus (such as color, shape, size, etc.), ultimately leading to a unified perception of individual objects. According to Anne Treisman’s Feature Integration Theory (FIT) at the perceptual level, independent feature maps exist for each visual attribute, and attention at a specific "location" enables the binding of these features to form a coherent experience. Extending FIT to the domain of working memory remains one of the key challenges in this field. In this dissertation, inspired by FIT, the neural mechanisms of binding were analyzed through EEG recordings of three visual features—color, shape, and orientation—presented at two spatial locations (left and right) in 15 participants. The results revealed that following the rapid presentation of a stimulus, binding-related neural structures corresponding to these features were observable and distinguishable in the interhemispheric differences of the occipito-parietal lobes. Specifically, time-frequency analysis demonstrated that spatial binding information was distinguishable through phase coherence in the alpha band and waveform characteristics in the theta band. Bound features associated with spatial location exhibited differences in response amplitude in the early theta band, while inter-subject phase coherence in the alpha band emerged in the early time window for color and shape, and later for orientation. Furthermore, by defining and analyzing shape-based binding, it was shown that, unlike the interhemispheric pathway in location binding, shape-based binding follows a posterior-to-frontal processing pathway. The analysis of shape-orientation binding revealed strong connectivity between occipital and frontal regions in both theta and alpha bands during the early post-stimulus period, whereas shape-color binding predominantly occurred in the theta band at later time windows. These findings suggest that visual working memory employs two independent processing pathways for feature binding: (1) Spatial binding, which serves as an initial organizational framework for features, and (2) Shape-based binding, which directly transmits feature identity information from occipital areas to executive brain regions.

مسئله بايندينگ , حافظه كوتاه مدت بصري , بايند مكاني و شكلي , تفكيك ويژگيهاي بصري , سيگنالهاي EEG , مدلسازي GLM

Binding problem , visual short-term memory , location and shape binding , visual feature distinction , EEG signals , GLM modeling

Alireza Khadir Chamazcoty

Borhan Beigzadeh