Визуальное внимание: исследование объектно-ориентированного контроля внимания с помощью фМРТ

Визуальный контроль внимания относится к нашему преднамеренному состоянию выбора того, на что обратить внимание.

Если, например, цель наблюдателя состоит в том, чтобы выбрать весь лук в своем супе, то он может не заметить муху, которая кружится вокруг.

Несмотря на то, что оба они пространственно совпадают, объект внимания — лук — выделялся из-за цели человека. Это пример объектно-ориентированного управления вниманием.

Интересно, что мозг и, в частности, зрительная кора могут обрабатывать объекты по отдельности. Но именно обслуживаемый объект получает более сильную активацию в связанной с ним специализированной области обработки.

Используя функциональную магнитно-резонансную томографию, фМРТ и методы, первоначально разработанные Нэнси Канвишер и ее коллегами, это видео демонстрирует, как определить местоположение выделенных областей мозга, которые обрабатывают определенные объекты.

Мы также исследуем, как контроль внимания модулирует нейронную активность в тех же областях с помощью воксельного анализа, и даже обсудим, как тренировка осознанности может улучшить способность контролировать внимание с течением времени.

В этом эксперименте участники лежат в сканере фМРТ и им показывают изображения лиц и домов в двух разных фазах: пассивном просмотре и наложении.

На первом этапе их просят просто наблюдать за изображениями по одному в блочном дизайне, то есть представлено несколько лиц, за которыми следует последовательность домов. Этот тип просмотра служит для локализации активности в пределах определенных областей интереса.

Например, было показано, что веретенообразная область лица, FFA, более активна, когда люди рассматривают лица по сравнению с другими обычными объектами, в то время как область парагиппокампального места, сокращенно PPA, сильнее реагирует на дома и места, чем на лица.

Учитывая, что эти области реагируют на определенные типы стимулов, ожидается, что паттерны воксельной активности или области, представляющие некоторый уровень активации, будут меняться в зависимости от показанных изображений.

Такие ожидания подготавливают вторую фазу, на которой демонстрируются наложенные изображения лица и дома. В нескольких испытаниях участников просили обращать внимание только на один из предметов за раз, и, следовательно, они должны переключать свое внимание либо с дома, либо на лицо.

В этом случае зависимая переменная — это величина активации, записанная в условиях изображения, которая может быть преобразована в величину изменения сигнала, чтобы наблюдать изменение активации от базовой линии к блокам, сфокусированным на лице, и блокам, сосредоточенным на доме.

Несмотря на то, что оба изображения представлены в наложенной друг на друга манере, можно предположить, что модели активности в FFA и PPA участника будут меняться в зависимости от конкретного объекта, на который они обращали внимание. Такие результаты подчеркивают объектно-ориентированный контроль внимания.

После набора участников для этого исследования поприветствуйте их в лаборатории и убедитесь, что они соответствуют требованиям безопасности, заполнив необходимые формы согласия. Пожалуйста, обратитесь к другому проекту фМРТ в этой коллекции для получения более подробной информации о том, как подготовить людей к входу в комнату сканирования и отверстие для визуализации.

Теперь, когда участник находится в сканере, объясните инструкции к заданию: сначала он должен пассивно просмотреть несколько изображений на экране. На втором этапе текстовые инструкции побудят их обратить внимание либо на дом, либо на лицо, когда они кажутся наложенными.

Следуя этим указаниям, начните протокол сканирования с предварительного сбора анатомического сканирования с высоким разрешением.

Затем начните функциональную часть с двух прогонов локализатора, в которых участники пассивно просматривают изображения 30-секундными блоками. Например, в первом сегменте отобразите лица, каждое в течение 750 мс, и фиксирующий крест между ними, в течение интервала между стимулами, или ISI, продолжительностью 250 мс.

В конце каждого блока представьте фиксирующий крест в течение 20 с, прежде чем чередовать серию изображений, которые теперь должны быть домами. Обратите внимание, что эта последовательность повторяется с разными изображениями пять раз, всего 10 блоков за один прогон.

Затем выполните восемь функциональных прогонов задачи по контролю внимания. На этом этапе проинструктируйте участников, на какой объект следует обратить внимание с помощью текста на экране, а затем циклически повторяйте наложенное лицо и дом каждую секунду, при этом каждый прогон содержит 300 наложенных изображений.

Чтобы завершить исследование, выведите участника из сканера и проведите с ним допрос.

Чтобы предварительно обработать данные, выполните коррекцию движения для уменьшения артефактов движения, временную фильтрацию для удаления дрейфа сигнала и пространственное сглаживание для увеличения отношения сигнал/шум.

Затем создайте общую линейную модель, основанную на том, каким должен быть ожидаемый гемодинамический ответ для каждого условия задачи, будь то лица или дома, в сканировании локализатора.

Сгенерируйте статистическую карту, подогнав данные к этой модели, где значение в каждом вокселе представляет степень, в которой он был вовлечен в условие задачи.

Исходя из областей интереса, определите кластеры для каждого субъекта с минимальным статистическим порогом для каждого воксела, который реагировал либо на лица, либо на дома.

В частности, сосредоточьтесь на СЖК в средневеретенообразной извилине, которая значительно больше реагирует на лица, чем на дома, а также на ППА, которая включает в себя все воксели в парагиппокампальной извилине, которая более значимо реагирует на дома, чем на лица.

Затем количественно оцените и изобразите график процентного изменения сигнала для условий, ориентированных на лицо и дом, в FFA и PPA для каждого субъекта.

Обратите внимание, что во время фазы локализации двусторонняя СЖК была более активной, когда испытуемые рассматривали лица по сравнению с домами. И наоборот, ППА была более активной, когда испытуемые наблюдали за домами по сравнению с лицами.

Теперь, исходя из функциональных прогонов, используйте ту же меру — процентное изменение сигнала, — построенную по областям мозга.

Когда лицо было обработано, повышенная активность была обнаружена в FFA, но не в PPA. И наоборот, когда внимание было сосредоточено на доме, повышенная активность происходила в PPA, но не в FFA. Эти результаты указывают на то, что нейронная активность модулируется в зависимости от того, на какой предмет обращается внимание.

Теперь, когда вы знакомы с тем, как использовать функциональную нейровизуализацию для изучения объектно-ориентированного контроля внимания, давайте рассмотрим, как исследователи изучают другие типы обработки внимания.

В дополнение к сосредоточению внимания на статических визуальных образах, исследователей также интересует, как модулируется активность мозга, когда люди обращают внимание на движущиеся объекты, что особенно актуально для управления моторизованным транспортным средством и предотвращения аварий.

Например, если водителю приказать следить за движением — как собаке, переходящей улицу — само движение привлечет его внимание; Однако они могут не помнить других идентифицирующих данных о собаке. В конце концов, важнее избежать трагедии, чем помнить о цвете меха.

Другая практика, осознанность, включает в себя ключевые элементы переключения внимания, поощряя проницательную концентрацию внимания от более стрессовых мыслей. Во время медитации под руководством инструктора было показано, что люди улучшают свою способность контролировать внимание, особенно в сторону от негативных взглядов.

Однако у людей с тревожными расстройствами, включая посттравматический стресс, контроль внимания затруднен. То есть они смещены в сторону эмоционально негативных стимулов, вроде трагических событий в новостях, а не нейтральных историй.

Такой плохой контроль внимания делает их более уязвимыми к воздействию угрожающих образов, увековечивающих ситуации, от которых они, кажется, не могут избавиться.

Вы только что посмотрели видео JoVE о том, как внимание модулирует нейронную активность. Теперь у вас должно быть хорошее понимание того, как планировать и проводить эксперимент по контролю внимания с использованием функциональной нейровизуализации, и, наконец, как анализировать и интерпретировать конкретные паттерны мозговой активности, связанные с объектно-ориентированным вниманием.

Спасибо за просмотр!