Attention visuelle : enquête par IRMf sur le contrôle attentionnel basé sur les objets

Source : Laboratoires de Jonas T. Kaplan et Sarah I. Gimbel — University of Southern California

Le système visuel humain est incroyablement sophistiqué et capable de traiter de grandes quantités d’informations très rapidement. Toutefois, la capacité du cerveau à traiter l’information n’est pas une ressource illimitée. Attention, la capacité de traiter sélectivement l’information qui est pertinente pour les objectifs actuels et pour ignorer les informations qui ne sont pas, est donc un élément essentiel de la perception visuelle. Certains aspects de l’attention sont automatiques, tandis que d’autres sont soumis à un contrôle volontaire et conscient. Dans cette expérience, nous explorons les mécanismes de contrôle attentionnel volontaire, ou « top-down » sur le traitement visuel.

Cette expérience valorise l’organisation méthodique du cortex visuel d’examiner comment descendante attention peut sélectivement module le traitement des stimuli visuels. Certaines régions du cortex visuel semblent être spécialisé pour le traitement des éléments visuels spécifiques. Plus précisément, les travaux par Kanwisher et al. ¹ a identifié une zone dans le gyrus fusiforme du lobe temporal inférieur qui est nettement plus actif lorsque les sujets Découvre les visages lorsqu’ils observent les autres objets courants. Ce domaine est venu pour être connu comme la zone de visage fusiforme (FFA). Une autre région du cerveau, connue comme la région parahippocampique du lieu (PPA), réagit fortement aux maisons et aux lieux, mais pas de visages. ² étant donné que nous savons comment ces régions répondent à des stimuli particuliers, leur activité peut être approfondie afin d’identifier un élément clé de la vision-visual attention.

Cette vidéo montre comment utiliser l’IRMf de localiser la FFA et la PPA dans le cerveau et examine ensuite comment basée sur les objets de contrôle attentionnel module l’activité dans ces domaines. L’utilisation d’un localisateur fonctionnel pour limiter les hypothèses suivantes est une technique puissante en imagerie fonctionnelle. Les participants suivront une IRM fonctionnelle tout en étant présenté avec une image superposée d’un visage et une maison. Même si un visage et une maison sont présentés dans chaque stimulus, nous prédisons que les tendances de l’activité dans leur FFA et PPA changera basé sur quel élément est fréquentée à. ³

1. participant recrutement

1. Recruter des 20 participants.
   1. Les participants devraient être droitier et ont pas d’antécédents de troubles neurologiques ou psychologiques.
   2. Les participants devront avoir une vision normale ou corrigée à la normale pour s’assurer qu’ils seront en mesure de voir les repères visuels correctement.
   3. Les participants n’ait pas de métal dans leur corps. Il s’agit d’une exigence de sécurité importante due au champ magnétique élevé impliqué en IRMf.
   4. Les participants ne devraient pas souffrent de claustrophobie, étant donné que l’IRMf exige se trouvant dans le petit espace du scanner alésage.

2. l’analyse préalable des procédures

1. Remplir la paperasse pré-scan.
2. Lorsque les participants viennent leur Scan IRMf, indiquez-lui de premier remplissage à une forme de grille métallique pour s’assurer qu’ils n’ont aucune contre-indications pour l’IRM, une forme accessoire-constatations donner leur consentement pour leur analyse être regardé par un radiologue et un formulaire de consentement précisant les risques et les avantages de l’étude.
3. Préparer les participants à aller dans le scanner, en supprimant tous les métaux de leur corps, y compris les ceintures, portefeuilles, téléphones, pinces à cheveux, pièces de monnaie et tous les bijoux.

3. fournir des instructions pour le participant.

1. Dire le participant que dans le scanner, ils verront les images de visages et de maisons.
2. Pour les essais d’alignement initial, instruire les participants qu’ils considéreront passivement visages et maisons.
3. Expliquez aux participants que la tâche s’exécute, ils verront un visage et une maison superposés les uns des autres. Leur tâche sera de faire attention à la maison ou le visage, comme suit.
   1. Lorsque la tâche commence tout d’abord, ils seront informés via texte instructions s’il faut prêter attention aux maisons ou des visages.
   2. Les participants auront quatre passages où ils sont invités à prêter attention aux maisons et quatre descentes où ils sont invités à prêter attention aux visages.
      1. Le calendrier des courses de visage et de la maison sera aléatoire pour chaque sujet.
4. Insister sur l’importance de garder leur tête toujours tout au long de l’analyse au participant.

4. mettre le participant dans le scanner.

1. Donner les bouchons d’oreille participant pour protéger leurs oreilles contre le bruit des téléphones scanner et oreille de porter afin de pouvoir entendre l’expérimentateur pendant le balayage et demandez-leur de s’allonger sur le lit avec leur tête dans la bobine.
2. Donner au participant la balle d’urgence squeeze et indiquez-lui à le presser en cas d’urgence pendant l’analyse.
3. Utilisation des coussinets en mousse pour garantir aux participants la tête dans la bobine pour éviter le mouvement excessif lors de l’analyse et rappeler le participant qu’il est très important de rester aussi immobile que possible lors de l’analyse, comme même le flou des mouvements plus petit les images.

5. collecte des données

1. Recueillir un scan haute résolution anatomique.
2. Commence l’analyse fonctionnelle.
   1. Coïncider le début de la présentation de la stimulation avec le début du scanner.
   2. Actuelles photos via un ordinateur portable connecté à un projecteur. Le participant a un miroir au-dessus de leurs yeux, reflétant qu'un écran à l’arrière du scanneur d’alésage.
   3. Présenter chaque participant avec deux manches de Loc, dans laquelle ils voient passivement blocs de visages et de maisons. Ces passes d’alignement de piste sont utilisés pour identifier la FFA et la PPA dans chaque participant individuel.
      1. Présenter chaque sertie de visages et de maisons dans un bloc de 30 s, 20 s de fixation entre les blocs. Afficher chaque stimulus pour 750 ms, suivie d’un intervalle de inter-relance 250 ms, où seulement une fixation croisée est présente sur l’écran. Répétez les blocs en alternance afin d’obtenir les cinq blocs de visages et de cinq pâtés de maisons.
   4. Présenter chaque participant avec huit pistes fonctionnelles de la tâche de l’attention.
      1. Commencez chaque run avec un visage superposé et maison (Figure 1) dans le centre de l’écran et une instruction d’abord en participant à un le visage ou la maison. La cible de l’attention initiale sera aléatoire d’une exécution à l’exécution.
      2. Chaque série contient 300 paires de visages superposées et de maisons. Paires de visages et de maisons sont répétés entre les exécutions, mais pas dans les courses.
      3. Montre chaque paire superposée de stimulation pendant une seconde. Chaque seconde, remplacer la maison superposée et le visage avec un visage et une nouvelle maison superposée.

Figure 1. Stimulus visage et maison stimulus superposées ensemble. Chaque stimulus présenté était un visage superposée et la maison. Le participant a été chargé de se concentrer sur le visage ou la maison.

6. après analyse des procédures

1. Amener le participant sur le scanner.
2. Debrief du participant.

7. analyse de données

1. Les données de prétraitement.
   1. Effectuer la correction de mouvement pour réduire les artefacts de mouvement.
   2. Effectuer un filtrage temporel pour supprimer les dérives de signal.
   3. Lisser les données afin d’augmenter le rapport signal-sur-bruit.
2. Modéliser les données pour chaque participant.
   1. Créer un modèle de ce que la réponse hémodynamique attendue devrait être pour chaque condition de travail (les visages et les maisons) dans l’analyse de l’alignement de piste.
      1. Ajuster les données à ce modèle, ayant pour résultat une carte statistique, où la valeur à chaque voxel représente l’étendue à laquelle ce voxel a participé à la condition de la tâche.
      2. Identifier les clusters pour chacun des sujets qui correspondent à la FFA et PPA fondée sur leur emplacement anatomique. La FFA comprendra tous les voxels contigus dans le gyrus mi-fusiforme (qui répond significativement plus de faces qu’à maisons) et le PPA inclus tous les voxels dans le gyrus parahippocampique ayant répondu plus nettement aux maisons que les visages. Pour établir ces régions d’intérêt, un seuil minimal de signification de p < 10^-6 a été utilisée pour chaque voxel.
   2. Utiliser masques de FFA et PPA de chaque individu comme un retour sur investissement pour extraire les activations de signal pendant les quatre descentes de mise au point-à-faces et les quatre descentes de maisons-sur-mise au point.
      1. Quantifier le changement de signal pour cent pour les conditions de visage-focus et maison-focus en FFA et PPA pour chaque sujet.
3. Effectuer un double sens analyse de variance (ANOVA) signal pourcentage modifier valeurs à vérifier les différences entre les conditions. Les facteurs dans ce test sont ROI (PPA vs FFA) et attention (faces vs maisons).

Dans les scans d’alignement de piste, FFA bilatéraux étaient plus actifs lorsque les sujets visualisiez visage que quand ils visualisiez maisons. À l’inverse, le PPA a été plus actif lorsque les sujets visualisiez maisons que quand ils ont Regarde un visages (Figure 2). Ces régions, localisées via les scans de bloc-design, furent ensuite utilisées comme des régions d’intérêt pour extraire le signal relié à déplacer l’attention aux visages et aux maisons pendant les essais fonctionnels.

Figure 2. Faisceau d’alignement de la zone du visage fusiforme (FFA) et la région parahippocampique Place (PPA). Exemple d’une localisation unique sujet de la FFA lors de blocs de visages et la PPA de visualisation lors de blocs de visualisation des maisons (en haut). Signal dans le FFA a augmenté au cours des blocs de visages, mais pas de maisons (bleu), et le signal à l’EPE a été augmenté au cours des blocs de maisons, mais pas de visages (vert).

Pendant les essais fonctionnels, où les participants ont vu simultanément un visage et une maison dans leur champ visuel direct, activité à la FFA et le PPA a été modulée basé sur quel élément a été fréquentée. Quand l’attention était sur le visage, il y avait une activité accrue dans la FFA, mais pas l’app. À l’inverse, quand l’attention était sur la maison, il y avait une activité accrue dans le PPA, mais pas la FFA (Figure 3).

Figure 3. Activation dans la zone du visage fusiforme (FFA) et la région parahippocampique du lieu (PPA) au cours de la tâche de commutation attention. Quand l’attention était sur la maison (verte), PPA a montré d’augmentation de l’activation tandis que la FFA n’a pas. À l’inverse, lorsque l’accent était mis sur le visage (bleu), FFA montre de l’augmentation de l’activation alors que PPA n’a pas.

L’utilisation des balayages d’alignement de piste est un outil puissant de neuroimagerie cognitive et a certains avantages distincts sur l’imagerie cérébrale-ensemble. En se concentrant une hypothèse sur un petit nombre d’endroits spécifiques que connaissent les propriétés de réponse, nous pouvons générer des prévisions très précises à haute puissance statistique. Ensemble-cerveau voxel-sage des études de neuroimagerie doivent contrôler pour les dizaines de milliers de tests statistiques effectués à chaque emplacement dans le cerveau, un processus qui réduit la puissance statistique. En outre, définissant ces régions selon leurs propriétés fonctionnelles chez chaque individu minimise les problèmes posés par les différences individuelles en neuroanatomie.

Dans cet exemple, nous avons construit sur les réponses de stimuli spécifiques spécialisés en sous-régions du cortex visuel pour comprendre comment un processus cognitif plus général, l’attention de haut en bas, pourrait influer sur les processus perceptuels. Même si le stimulus sur la rétine est la même pour chaque point de la présentation, l’activité corticale varie selon quels stimulus a été fréquentée. Cela démontre que l’attention de haut en bas a le potentiel d’atteindre vers le bas dans le cortex sensoriel à basse altitude pour moduler la façon dont les renseignements sont traités. Une compréhension plus complète de comment attention module l’activation dans le cerveau pourrait conduire à des avancées dans les traitements et interventions pour les troubles liés à l’attention.