Atención visual: fMRI Control atencional basado en la investigación del objeto

Fuente: Laboratorios de Jonas T. Kaplan y Sarah I. Gimbel, University of Southern California

El sistema visual humano es increíblemente sofisticado y capaz de procesar grandes cantidades de información muy rápidamente. Sin embargo, la capacidad del cerebro para procesar la información no es un recurso ilimitado. Atención, la capacidad para procesar selectivamente la información es relevante para los objetivos actuales y hacer caso omiso de información que no es, por lo tanto es una parte esencial de la percepción visual. Algunos aspectos de la atención son automáticas, mientras que otros están sujetos al control voluntario y consciente. En este experimento se exploran los mecanismos de control atencional voluntaria o "top-down" en el procesamiento visual.

Esta aprovecha de experimento la organización ordenada de la corteza visual para examinar cómo arriba atención selectiva puede modula el procesamiento de estímulos visuales. Ciertas regiones de la corteza visual parecen ser especializado para el procesamiento de elementos visuales específicos. Específicamente, el trabajo por Kanwisher et al. ¹ ha identificado un área de la convolución del cerebro fusiforme del lóbulo temporal inferior que es significativamente más activo cuando sujetos ve caras en comparación a cuando se observan otros objetos comunes. Esta área ha llegado a ser conocido como el área fusiforme de la cara (FFA). Otra región del cerebro conocida como el área Parahippocampal del lugar (PPA), responde fuertemente a las casas y lugares, pero no a las caras. ² dado que sabemos cómo estas regiones responden a tipos específicos de estímulos, su actividad puede ser explorada para identificar un componente clave de la atención visual de visión.

Este video muestra cómo utilizar fMRI para localizar la FFA y PPA en el cerebro y entonces examina cómo objeto-control basado en la atención modula actividad en estas áreas. El uso de un localizador funcional para restringir la prueba de hipótesis posterior es una técnica poderosa de proyección de imagen funcional. Los participantes se someterán a MRI funcional mientras se presenta con una imagen superpuesta de una cara y una casa. A pesar de una cara y una casa se presentan en cada estímulo, predecimos que los patrones de actividad en los FFA y PPA va a cambiar en base a qué artículo es ser atendido. ³

1. participante reclutamiento

1. Reclutar a 20 participantes.
   1. Los participantes deben ser diestros y no tienen antecedentes de trastornos neurológicos o psicológicos.
   2. Los participantes deben tener visión normal o corregida a normal para que sean capaces de ver los indicios visuales correctamente.
   3. Los participantes no deben tener metal en su cuerpo. Se trata de un requisito de seguridad debido al alto campo magnético en fMRI.
   4. Participantes no debe sufrir de claustrofobia, ya que el fMRI requiere tumbado en el pequeño espacio del escáner del alesaje.

2. analizar los procedimientos

1. Llenar papeleo de exploración previa.
2. Cuando los participantes su análisis de fMRI, indíqueles que primero llene una forma metálica para asegurarse de que no tienen ninguna contra indicación para MRI, forma hallazgos INCIDENTALES, dar su consentimiento para su exploración a ser analizado por un radiólogo y un formulario de consentimiento que detalla los riesgos y beneficios del estudio.
3. Preparar a los participantes a ir en el explorador al quitar todo el metal de su cuerpo, incluyendo cinturones, carteras, teléfonos, hebillas, monedas y todas las joyas.

3. proporcionar instrucciones para el participante.

1. Dile el participante en el escáner, se ven imágenes de caras y casas.
2. Para los ensayos iniciales localizador, encomendamos a los participantes que pasivamente se ve caras y casas.
3. Explicar a los participantes que en la tarea, verán una cara y una casa que se superponen unos a otros. Su tarea será atender a la casa o la cara, como sigue.
   1. Cuando la tarea comienza, ellos dirán vía las instrucciones de texto si se va a prestar atención a las casas o caras.
   2. Los participantes tendrán cuatro carreras donde son instruidos a prestar atención a las casas y cuatro carreras, donde son instruidos a prestar atención a las caras.
      1. El horario de corridas cara y casa será al azar para cada tema.
4. Estrés al participante la importancia de mantener su cabeza todavía a lo largo de la exploración.

4. poner al participante en el escáner.

1. Dar al participante tapones para proteger sus oídos del ruido de los teléfonos escáner y oído usar para que puedan escuchar al experimentador durante la exploración y tenerlas tumbadas en la cama con su cabeza en la bobina.
2. Dar al participante la bola del apretón emergencia e instruirlos para apretar en caso de emergencia durante la exploración.
3. Use almohadillas de espuma para garantizar a los participantes la cabeza en la bobina para evitar exceso de movimiento durante la exploración y recordar al participante que es muy importante que permanezca todavía como posible durante la exploración, como incluso el más pequeño desenfoque de movimientos las imágenes.

5. recolección de datos

1. Recoger una exploración anatómica de alta resolución.
2. Comenzar la exploración funcional.
   1. Sincronizar el inicio de la presentación del estímulo con el inicio del escáner.
   2. Imágenes presentes a través de un ordenador portátil conexión a un proyector. El participante tiene un espejo por encima de sus ojos, lo que refleja que una pantalla en la parte posterior del escáner del alesaje.
   3. Presentar a cada participante con dos carreras de localizador, en la cual ven pasivamente bloques de caras y casas. Estos funcionamientos de localizador se utilizan para identificar la FFA y PPA en cada participante individual.
      1. Presentar cada conjunto de caras y casas en un bloque de 30-s, 20 s de fijación entre los bloques. Mostrar cada estímulo por 750 ms, seguido por un intervalo inter-estímulo 250 ms, en el que sólo una fijación cruzada está presente en la pantalla. Repetición de bloques en alterna para obtener bloques de cinco caras y cinco cuadras de casas.
   4. Presentar a cada participante con ocho carreras funcionales de la tarea de atención.
      1. Comience cada uno ejecutar con una cara superpuesta y casa (figura 1) en el centro de la pantalla y una instrucción para comenzar asistiendo ya sea la cara o la casa. El objetivo de la atención inicial será al azar de corrida a corrida.
      2. Cada serie contiene 300 pares de caras superpuestas y casas. Pares de caras y casas se repiten entre carreras, pero no dentro de carreras.
      3. Mostrar cada par de estímulos superpuestos de un segundo. Cada segundo, sustituir la casa superpuesta y la cara con una nueva casa superpuesta y cara.

Figura 1. Estímulo de la cara y el estímulo de casa superpuestas juntos. Cada estímulo presentado fue una cara superpuesta y casa. El participante fue instruido a concentrarse en la cara o en la casa.

6. analizar los procedimientos

1. Traer al participante fuera el escáner.
2. Debrief el participante.

7. Análisis de datos

1. Preprocesar los datos.
   1. Realizar corrección de movimiento para reducir artefactos de movimiento.
   2. Realizar el filtrado temporal para quitar señal derivas.
   3. Suavizar los datos para aumentar la relación señal a ruido.
2. Modelo de los datos para cada participante.
   1. Crear un modelo de lo que debería ser la respuesta hemodinámica esperada para cada condición de trabajo (caras y casas) en la exploración del localizador.
      1. Ajustar los datos a este modelo, dando como resultado un mapa estadístico, donde el valor en cada voxel representa la medida en que ese voxel estuvo implicado en la condición de la tarea.
      2. Identificar los grupos para cada materia que corresponden a FFA y PPA basada en sus localizaciones anatómicas. El FFA incluirá todos los vóxeles contiguos en la convolución del cerebro fusiforme mediados (que responde significativamente más caras que a las casas) y la PPA incluye todos los vóxeles en la convolución del cerebro parahippocampal que respondieron más significativamente a las casas que a las caras. Para establecer estas regiones de interés, un umbral mínimo de significación de p < 10^-6 fue utilizado para cada voxel.
   2. Utilizar máscaras de FFA y PPA de cada individuo como un retorno de la inversión para extraer señal activaciones durante las cuatro carreras de enfoque en los rostros y las cuatro carreras de foco en casas.
      1. Cuantificar el cambio de la señal por ciento para las condiciones cara-foco y foco casa en FFA y PPA para cada tema.
3. Realizar una doble vía análisis de varianza (ANOVA) en señal por ciento cambiar valores para probar las diferencias entre las condiciones. Los factores de esta prueba son ROI (PPA vs FFA) y atención (caras vs casas).

En las exploraciones de localizador, FFA bilateral estaban más activas cuando temas mirar caras que cuando estaban viendo casas. Por el contrario, el PPA era más activo cuando sujetos estaban viendo casas que cuando estaban viendo caras (figura 2). Estas regiones, localizadas a través de los análisis de diseño de bloque, fueron utilizadas posteriormente como regiones de interés para extraer señales relacionadas a cambio de atención a las caras y a las casas durante las carreras funcionales.

Figura 2. Localizador para el área fusiforme de la cara (FFA) y el área Parahippocampal lugar (PPA). Ejemplo de una localización del solo tema de FFA durante bloques de visualización de caras y el PPA durante bloques de ver casas (arriba). Señal en el FFA aumentó durante bloques de caras pero no de casas (azul), y señal en el PPA se incrementó durante bloques de casas pero no caras (verde).

Durante funcional, donde los participantes al mismo tiempo vieron una cara y una casa en su campo visual directo, actividad en la FFA y PPA fue modulada basada en que artículo estaba siendo atendida. Cuando la atención estaba en la cara, hubo aumento de la actividad en el FFA, pero no la PPA. Por el contrario, cuando la atención estaba en la casa, hubo aumento de la actividad en la PPA, pero no el FFA (figura 3).

Figura 3. Activación en el área fusiforme de la cara (FFA) y el área Parahippocampal del lugar (PPA) durante el cambio de atención de la tarea. Cuando la atención estaba en la casa (verde), PPA mostraron mayor activación y FFA no. Reverso, cuando se centraba en la cara (azul), FFA mostraron mayor activación y PPA no.

El uso de exploraciones del localizador es una herramienta poderosa para neuroimagen cognitiva y tiene algunas ventajas distintas sobre todo cerebro. Al enfocar una hipótesis en un número pequeño de lugares específicos que han conocido las propiedades de respuesta, podemos generar predicciones muy concretas con alto poder estadístico. Todo cerebro voxel-sabio deben controlar estudios neuroimaging para las decenas de miles de pruebas estadísticas que se realizan en cada lugar en el cerebro, un proceso que reduce la potencia estadística. También, definir estas regiones basadas en sus propiedades funcionales en cada individuo minimiza los problemas planteados por las diferencias individuales en neuroanatomía.

En este ejemplo, basa en las respuestas específicas de estímulo especializadas en subregiones de la corteza visual para entender cómo un proceso cognitivo más general, atención de arriba hacia abajo, podría influir en los procesos perceptivos. A pesar de que el estímulo en la retina fue la misma para la presentación de cada tema, actividad cortical variados en base a qué estímulo estaba siendo atendida. Esto demuestra que atención de arriba hacia abajo tiene el potencial para llegar a bajo nivel corteza sensorial modular cómo se procesa la información. Una comprensión más completa de cómo la atención modula la activación en el cerebro podría conducir a avances en tratamientos e intervenciones para los trastornos relacionados con la atención.

1. Kanwisher N.G, McDermott J, Chun M.M. (1997). The fusiform face area: a module in human extrastriate cortex specialized for face perception. J. Neurosci., 17, 4302-4311.
2. Epstein, R., & Kanwisher, N. (1998). A cortical representation of the local visual environment. Nature, 392, 598-601.
3. Serences, J. T., Schwarzbach, J., Courtney, S. M., Golay, X., & Yantis, S. (2004). Control of Object-based Attention in Human Cortex. Cerebral Cortex, 14, 1346-1357.