Attenzione visiva: indagine fMRI del controllo attentivo basato sugli oggetti

Il controllo visivo dell'attenzione si riferisce al nostro stato deliberato di scegliere a cosa prestare attenzione.

Se, per esempio, l'obiettivo di un osservatore è quello di individuare tutte le cipolle nella sua zuppa, allora potrebbe non notare la mosca che sta vorticando intorno.

Anche se entrambi erano spazialmente coincidenti, l'elemento di interesse – le cipolle – si distingueva per l'obiettivo dell'individuo. Questo è un esempio di controllo attenzionale basato su oggetti.

È interessante notare che il cervello – e la corteccia visiva, in particolare – possono elaborare gli oggetti separatamente. Ma è l'oggetto assistito che ottiene un'attivazione più forte nell'area di elaborazione specializzata associata.

Utilizzando la risonanza magnetica funzionale, la risonanza magnetica funzionale e i metodi originariamente sviluppati da Nancy Kanwisher e colleghi, questo video dimostra come localizzare le regioni cerebrali dedicate che elaborano particolari oggetti.

Studieremo anche come il controllo dell'attenzione modula l'attività neurale nelle stesse regioni utilizzando l'analisi basata sui voxel e discuteremo anche di come l'allenamento alla consapevolezza possa migliorare la capacità di controllare l'attenzione nel tempo.

In questo esperimento, i partecipanti giacciono in uno scanner fMRI e vengono mostrate immagini di volti e case in due diverse fasi: visione passiva e sovrapposta.

Durante la prima fase, viene chiesto loro di osservare semplicemente le immagini una alla volta in un disegno a blocchi, ovvero vengono presentati un numero di volti seguiti da una sequenza di case. Questo tipo di visualizzazione serve a localizzare l'attività all'interno di specifiche regioni di interesse.

Ad esempio, l'area fusiforme del viso, l'FFA, ha dimostrato di essere più attiva quando gli individui vedono i volti rispetto ad altri oggetti comuni, mentre l'area del luogo paraippocampale, PPA in breve, risponde più fortemente alle case e ai luoghi piuttosto che ai volti.

Dato che queste regioni rispondono a specifici tipi di stimoli, si prevede che i modelli di attività basati sui voxel, o le aree che rappresentano un certo livello di attivazione, cambieranno, a seconda delle immagini mostrate.

Tali aspettative avviano la seconda fase, in cui vengono mostrate immagini sovrapposte di un volto e di una casa. Nel corso di diverse prove, ai partecipanti viene chiesto di prestare attenzione a uno solo degli elementi alla volta e, pertanto, devono spostare la loro attenzione tra la casa e il viso.

In questo caso, la variabile dipendente è la quantità di attivazione registrata in tutte le condizioni dell'immagine, che può essere convertita nell'entità della variazione del segnale per osservare la variazione dell'attivazione dalla linea di base ai blocchi focalizzati sul volto e quelli centrati sulla casa.

Sebbene entrambe le immagini siano presentate in modo sovrapposto, si prevede che i modelli di attività nell'FFA e nel PPA del partecipante cambieranno, in base all'elemento specifico a cui si sono occupati. Tali risultati evidenzierebbero il controllo dell'attenzione basato sugli oggetti.

Dopo aver reclutato i partecipanti per questo studio, accoglierli in laboratorio e verificare che soddisfino i requisiti di sicurezza mentre compilano i moduli di consenso necessari. Si prega di fare riferimento a un altro progetto fMRI in questa raccolta per maggiori dettagli su come preparare le persone ad entrare nella sala di scansione e nel foro di imaging.

Con il partecipante ora nello scanner, spiega le istruzioni del compito: deve prima visualizzare passivamente un certo numero di immagini sullo schermo. Durante la seconda fase, le istruzioni testuali li inviteranno a prestare attenzione alla casa o al viso quando appaiono sovrapposti.

Seguendo queste indicazioni, inizia il protocollo di scansione raccogliendo prima una scansione anatomica ad alta risoluzione.

Quindi, avvia la parte funzionale con due esecuzioni del localizzatore, in cui i partecipanti visualizzano passivamente le immagini in blocchi di 30 secondi. Ad esempio, nel primo segmento, i volti del display, ciascuno per 750 ms, e una croce di fissazione in mezzo, durante un intervallo interstimolo, o ISI, di 250 ms.

Alla fine di ogni blocco, presentare la croce di fissazione per 20 s prima di alternare la serie di immagini, che ora dovrebbero essere case. Si noti che questa sequenza si ripete con immagini diverse cinque volte, per un totale di 10 blocchi in una sola corsa.

Successivamente, procedi con otto esecuzioni funzionali dell'attività di controllo attenzionale. Durante questa fase, istruisci i partecipanti a cui prestare attenzione tramite testo sullo schermo, quindi ripeti un volto e una casa sovrapposti ogni secondo, con ogni corsa contenente 300 immagini sovrapposte.

Per concludere lo studio, portare il partecipante fuori dallo scanner e interrogarlo.

Per pre-elaborare i dati, eseguire la correzione del movimento per ridurre gli artefatti di movimento, il filtro temporale per rimuovere le deviazioni del segnale e il livellamento spaziale per aumentare il rapporto segnale/rumore.

Successivamente, creare un modello lineare generale basato su quella che dovrebbe essere la risposta emodinamica attesa per ogni condizione di attività, sia facce che case, nella scansione del localizzatore.

Generare una mappa statistica adattando i dati a questo modello, in cui il valore in corrispondenza di ogni voxel rappresenta la misura in cui è stato coinvolto nella condizione dell'attività.

In base alle regioni di interesse, identificare cluster per ogni soggetto con una soglia statistica minima per ogni voxel che ha risposto ai volti o alle case.

In particolare, concentrati sull'FFA, nel giro medio-fusiforme, che risponde significativamente di più ai volti che alle case, così come il PPA, che include tutti i voxel nel giro paraippocampale che risponde in modo più significativo alle case che ai volti.

Quindi, quantifica e rappresenta graficamente la percentuale di variazione del segnale per le condizioni focalizzate sul viso e sulla casa nell'FFA e nella PPA per ciascun soggetto.

Durante la fase di localizzazione, si noti che l'FFA bilaterale era più attivo quando i soggetti visualizzavano i volti rispetto alle case. Al contrario, il PPA era più attivo quando i soggetti osservavano le case rispetto ai volti.

Ora, dalle esecuzioni funzionali, utilizzare la stessa misura "variazione percentuale del segnale" tracciata contro le regioni del cervello.

Quando il viso è stato curato, è stata riscontrata una maggiore attività nell'FFA, ma non nel PPA. Al contrario, quando ci si è concentrati sulla casa, si è verificato un aumento dell'attività nel PPA ma non nell'FFA. Questi risultati indicano che l'attività neurale è modulata, a seconda dell'elemento di cui ci si occupa.

Ora che hai familiarità con l'uso del neuroimaging funzionale per studiare il controllo dell'attenzione basato sugli oggetti, diamo un'occhiata a come i ricercatori studiano altri tipi di elaborazione dell'attenzione.

Oltre a concentrarsi sulle immagini visive statiche, i ricercatori sono anche interessati a come l'attività cerebrale viene modulata quando gli individui prestano attenzione a oggetti in movimento, particolarmente rilevanti per la guida di un veicolo a motore e per evitare incidenti.

Ad esempio, se al conducente viene detto di fare attenzione al movimento, come un cane che attraversa la strada, il movimento stesso catturerà la sua attenzione; tuttavia, potrebbe non ricordare altri dettagli identificativi sul cane. Dopotutto, è più importante evitare tragedie che ricordare il colore della pelliccia.

Un'altra pratica, la consapevolezza, incorpora elementi chiave del cambio attentivo, incoraggiando una concentrazione astuta lontano dai pensieri più stressanti. Durante la meditazione con istruttore, è stato dimostrato che gli individui migliorano la loro capacità di controllare l'attenzione, soprattutto lontano da punti di vista avversi.

Tuttavia, per gli individui con disturbi d'ansia, incluso lo stress post-traumatico, il controllo dell'attenzione è più difficile. Cioè, sono orientati verso stimoli emotivamente negativi, come eventi tragici nei notiziari, piuttosto che storie neutre.

Questo scarso controllo dell'attenzione li rende più vulnerabili agli effetti di immagini minacciose, perpetuando situazioni che non riescono a togliersi dalla mente.

Hai appena visto il video di JoVE su come l'attenzione modula l'attività neurale. Ora dovresti avere una buona comprensione di come progettare e condurre un esperimento di controllo dell'attenzione utilizzando il neuroimaging funzionale e, infine, come analizzare e interpretare specifici modelli di attività cerebrale legati all'attenzione basata sugli oggetti.

Grazie per l'attenzione!