Uwaga wzrokowa: badanie fMRI kontroli uwagi opartej na obiektach

Wzrokowa kontrola uwagi odnosi się do naszego celowego stanu wybierania, na co zwracać uwagę.

Jeśli, na przykład, celem obserwatora jest wyłowienie wszystkich cebul w jego zupie, to może on nie zauważyć muchy, która krąży wokół.

Mimo że oba te elementy pokrywały się przestrzennie, przedmiot zainteresowania – cebula – wyróżniał się ze względu na indywidualny cel. Jest to przykład obiektowej kontroli uwagi.

Co ciekawe, mózg – a w szczególności kora wzrokowa – może przetwarzać obiekty oddzielnie. Ale to nadzorowany obiekt zyskuje silniejszą aktywację w powiązanym z nim wyspecjalizowanym obszarze przetwarzania.

Korzystając z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, fMRI i metod pierwotnie opracowanych przez Nancy Kanwisher i współpracowników, film ten pokazuje, jak zlokalizować dedykowane obszary mózgu, które przetwarzają określone obiekty.

Zbadamy również, w jaki sposób kontrola uwagi moduluje aktywność neuronalną w tych samych regionach za pomocą analizy opartej na wokselach, a nawet omówimy, w jaki sposób trening uważności może zwiększyć zdolność kontrolowania uwagi w czasie.

W tym eksperymencie uczestnicy leżą w skanerze fMRI i pokazuje im się obrazy twarzy i domów w dwóch różnych fazach: biernego oglądania i nałożenia.

W pierwszej fazie są proszeni o obserwowanie obrazów pojedynczo w projekcie blokowym, to znaczy prezentowanych jest kilka twarzy, a następnie sekwencja domów. Ten typ wyświetlania służy do lokalizowania aktywności w określonych regionach zainteresowania.

Na przykład wykazano, że wrzecionowaty obszar twarzy, FFA, jest bardziej aktywny, gdy osoby oglądają twarze w porównaniu z innymi powszechnymi obiektami, podczas gdy obszar miejsca przyhipokampowego, w skrócie PPA, reaguje silniej na domy i miejsca, a nie na twarze.

Biorąc pod uwagę, że regiony te reagują na określone rodzaje bodźców, oczekuje się, że wzorce aktywności opartej na wokselach – lub obszary reprezentujące pewien poziom aktywacji – ulegną zmianie, w zależności od pokazanych obrazów.

Takie oczekiwania przygotowują drugą fazę, w której pokazywane są nałożone na siebie obrazy twarzy i domu. W ciągu kilku prób uczestnicy są proszeni o zwrócenie uwagi tylko na jeden z elementów na raz, a zatem muszą przełączać swoją uwagę między domem a twarzą.

W tym przypadku zmienną zależną jest ilość aktywacji zarejestrowanej w różnych warunkach obrazu, którą można przeliczyć na wielkość zmiany sygnału, aby zaobserwować zmiany aktywacji od linii bazowej do bloków skoncentrowanych na twarzy i tych wyśrodkowanych na domu.

Chociaż oba obrazy są prezentowane w sposób nałożony na siebie, przewiduje się, że wzorce aktywności w FFA i PPA uczestnika ulegną zmianie w zależności od konkretnego elementu, w którym uczestniczył. Takie wyniki zwróciłyby uwagę na obiektową kontrolę uwagi.

Po zrekrutowaniu uczestników do tego badania przywitaj ich w laboratorium i sprawdź, czy spełniają wymogi bezpieczeństwa, wypełniając niezbędne formularze zgody. Zapoznaj się z innym projektem fMRI z tej kolekcji, aby uzyskać więcej informacji na temat tego, jak przygotować osoby do wejścia do pomieszczenia skanowania i otworu obrazowego.

Gdy uczestnik znajduje się teraz w skanerze, wyjaśnij instrukcje dotyczące zadania: Musi najpierw pasywnie wyświetlić pewną liczbę obrazów na ekranie. W drugiej fazie instrukcje tekstowe poproszą ich o zwrócenie uwagi na dom lub twarz, gdy wydają się nałożone.

Postępując zgodnie z tymi wskazówkami, rozpocznij protokół skanowania, najpierw zbierając skan anatomiczny o wysokiej rozdzielczości.

Następnie zainicjuj część funkcjonalną za pomocą dwóch przebiegów lokalizatora, w których uczestnicy pasywnie oglądają obrazy w 30-sekundowych blokach. Na przykład w pierwszym segmencie wyświetlaj twarze, każda przez 750 ms, i krzyż fiksacji pomiędzy nimi, podczas interwału między bodźcami lub ISI, wynoszącego 250 ms.

Na końcu każdego bloku przedstaw krzyż fiksacji przez 20 sekund, a następnie naprzemiennie serię obrazów, które teraz powinny być domami. Zauważ, że ta sekwencja powtarza się z różnymi obrazami pięć razy, co daje w sumie 10 bloków w jednym przebiegu.

Następnie wykonaj osiem funkcjonalnych przebiegów zadania kontroli uwagi. Podczas tej fazy poinstruuj uczestników, na który obiekt mają zwrócić uwagę, za pomocą tekstu na ekranie, a następnie zmieniaj nałożoną twarz i dom co sekundę, przy czym każdy przebieg zawiera 300 nałożonych obrazów.

Aby zakończyć badanie, wyjmij uczestnika ze skanera i przeprowadź z nim rozmowę.

Aby wstępnie przetworzyć dane, wykonaj korekcję ruchu w celu zmniejszenia artefaktów ruchu, filtrowanie czasowe w celu usunięcia dryfu sygnału oraz wygładzanie przestrzenne w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu.

Następnie utwórz ogólny model liniowy na podstawie oczekiwanej odpowiedzi hemodynamicznej dla każdego warunku zadania, twarzy lub domów, w skanowaniu lokalizatora.

Wygeneruj mapę statystyczną, dopasowując dane do tego modelu, gdzie wartość każdego woksela reprezentuje stopień, w jakim był on zaangażowany w warunek zadania.

Na podstawie regionów zainteresowania zidentyfikuj klastry dla każdego podmiotu z minimalnym progiem statystycznym dla każdego woksela, który zareagował na twarze lub domy.

W szczególności skoncentruj się na FFA, w zakręcie środkowowrzecionowatym, który reaguje znacznie bardziej na twarze niż na domy, a także na PPA, który obejmuje wszystkie woksele w zakręcie przyhipokampowym, który reaguje bardziej znacząco na domy niż na twarze.

Następnie określ ilościowo i narysuj wykres procentowej zmiany sygnału dla warunków skoncentrowanych na twarzy i domu w FFA i PPA dla każdego badanego.

Podczas fazy lokalizatora zauważ, że obustronne FFA było bardziej aktywne, gdy badani oglądali twarze w porównaniu z domami. I odwrotnie, PPA był bardziej aktywny, gdy badani obserwowali domy w porównaniu z twarzami.

Teraz, z przebiegów funkcjonalnych, użyj tej samej miary - procentowej zmiany sygnału - wykreślonej w odniesieniu do regionów mózgu.

Kiedy zajęto się twarzą, stwierdzono zwiększoną aktywność w FFA, ale nie w PPA. I odwrotnie, gdy dom był skoncentrowany, zwiększona aktywność wystąpiła w PPA, ale nie w FFA. Wyniki te wskazują, że aktywność neuronalna jest modulowana w zależności od tego, czym się zajmujesz.

Teraz, gdy wiesz już, jak używać neuroobrazowania funkcjonalnego do badania kontroli uwagi opartej na obiektach, przyjrzyjmy się, jak naukowcy badają inne rodzaje przetwarzania uwagi.

Oprócz skupienia się na statycznych obrazach wizualnych, naukowcy są również zainteresowani tym, w jaki sposób aktywność mózgu jest modulowana, gdy ludzie zwracają uwagę na poruszające się obiekty - jest to szczególnie istotne dla prowadzenia pojazdu mechanicznego i unikania wypadków.

Na przykład, jeśli kierowca zostanie poinstruowany, aby zwracać uwagę na ruch – jak pies przechodzący przez ulicę – sam ruch przyciągnie jego uwagę; Jednak mogą nie pamiętać innych szczegółów identyfikujących psa. W końcu ważniejsze jest, aby uniknąć tragedii niż pamiętać o kolorze futra.

Inna praktyka, uważność, obejmuje kluczowe elementy przełączania uwagi, zachęcając do wnikliwego skupienia się z dala od bardziej stresujących myśli. Wykazano, że angażując się w medytację prowadzoną przez instruktora, osoby zwiększają swoją zdolność do kontrolowania uwagi, zwłaszcza z dala od negatywnych poglądów.

Jednak w przypadku osób z zaburzeniami lękowymi, w tym stresem pourazowym, kontrola uwagi jest trudniejsza. Oznacza to, że są skłonni do emocjonalnie negatywnych bodźców, takich jak tragiczne wydarzenia w wiadomościach, a nie neutralnych historii.

Taka słaba kontrola uwagi sprawia, że są bardziej podatni na skutki groźnych obrazów – utrwalających sytuacje, których nie mogą wyrzucić z głowy.

Właśnie obejrzałeś film JoVE o tym, jak uwaga moduluje aktywność neuronalną. Teraz powinieneś dobrze zrozumieć, jak zaprojektować i przeprowadzić eksperyment kontroli uwagi za pomocą neuroobrazowania funkcjonalnego, a wreszcie, jak analizować i interpretować określone wzorce aktywności mózgu związane z uwagą opartą na obiektach.

Dzięki za oglądanie!