Visuelle Aufmerksamkeit: fMRI Untersuchung der objektbasierten Aufmerksamkeitskontrolle

Neuropsychology
 

Overview

Quelle: Laboratorien der Jonas T. Kaplan und der Sarah I. Gimbel-Universität von Südkalifornien

Das menschliche visuelle System ist unglaublich anspruchsvoll und sehr schnell große Mengen an Informationen verarbeiten kann. Das Gehirn die Fähigkeit, Informationen zu verarbeiten ist jedoch keine unbegrenzte Ressource. Aufmerksamkeit, die Fähigkeit, gezielt Informationen zu verarbeiten, das ist relevant für aktuelle Ziele und um Informationen zu ignorieren, die nicht, ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil der visuellen Wahrnehmung. Einige Aspekte der Aufmerksamkeit sind automatisch, während andere freiwillige und bewusste Kontrolle unterliegen. In diesem Experiment untersuchen wir die Mechanismen der freiwilligen oder "Top-Down" Aufmerksamkeitskontrolle auf visuellen Verarbeitung.

Dieses Experiment nutzt, die die ordnungsgemäße Organisation des visuellen Kortex zu prüfen, wie Top-Down-Aufmerksamkeit selektiv kann modulieren die Verarbeitung visueller Reize. Bestimmte Regionen des visuellen Kortex erscheinen, spezialisiert für die Verarbeitung von bestimmten visuellen Elementen. Insbesondere die Arbeit von Kanwisher Et Al. 1 hat eine Fläche im Gyrus des Temporallappens minderwertig identifiziert, die deutlich mehr aktiv ist, wenn Themen anzeigen Gesichter im Vergleich zu, wenn sie andere gemeinsame Objekte zu beobachten. Diesem Bereich gekommen, als die spindelförmig Gesicht (FFA) bekannt sein. Einer anderen Region des Gehirns, bekannt als der Parahippocampal Place Bereich (PPA), reagiert stark auf Häuser und Orte, aber nicht auf Flächen. 2 angesichts der Tatsache, dass wir wissen, wie diese Regionen auf bestimmte Reize reagieren, kann ihre Tätigkeit weiter erforscht werden um eine Schlüsselkomponente des Vision-visuelle Aufmerksamkeit zu identifizieren.

Dieses Video zeigt, wie fMRI verwenden, um die FFA und PPA im Gehirn zu lokalisieren und dann untersucht, wie objektbasierte Aufmerksamkeitskontrolle moduliert Aktivität in diesen Bereichen. Die Verwendung von eine funktionale Localizer, nachfolgende Hypothesentests einzuschränken ist eine leistungsfähige Technik in der funktionellen Bildgebung. Teilnehmer werden funktionelle MRI unterziehen, während präsentiert mit einem überlagerten Bild ein Gesicht und ein Haus. Obwohl ein Gesicht und ein Haus in jeder Reiz präsentiert werden, erwarten wir, dass Muster von Aktivitäten in ihrem FFA und PPA ändert basierend auf welches Element, betreut wird. 3

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Neuropsychology. Visuelle Aufmerksamkeit: fMRI Untersuchung der objektbasierten Aufmerksamkeitskontrolle. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Procedure

1. Teilnehmer Rekrutierung

  1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.
    1. Teilnehmer sollten Rechtshänder und haben keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen.
    2. Teilnehmer müssen normal oder korrigiert-zu-normale Vision um sicherzustellen, dass sie in der Lage, die visuelle Hinweise richtig zu sehen sein werden.
    3. Teilnehmer sollten nicht Metall in ihrem Körper haben. Dies ist eine wichtige Voraussetzung aufgrund des hohen Magnetfeldes fMRI beteiligt.
    4. Teilnehmer sollten nicht unter Klaustrophobie leiden, da die fMRT erfordert liegen in dem kleinen Raum des Scanners trug.

2. Pre-Scan-Verfahren

  1. Prescan Schreibarbeit.
  2. Wenn die Teilnehmer ihre fMRI-Scans kommen, weisen Sie sie zum ersten füllen ein Metallsieb Form, um sicherzustellen, dass sie keine Kontraindikationen zur MRT haben, eine zufällige Ergebnisse Formular Zustimmung für ihre Scan von einem Radiologen betrachtet werden, und eine Einverständniserklärung über die Risiken und Vorteile der Studie.
  3. Bereiten Sie die Teilnehmer in den Scanner zu gehen, indem Sie ihren Körper, einschließlich Gürtel, Brieftaschen, Handys, Haarspangen, Münzen und Schmuck aus Metall entfernen.

3. Geben Sie Anweisungen für die Teilnehmer.

  1. Sagen Sie des Teilnehmers, dass in den Scanner sie Bilder von Gesichtern und Häuser sehen.
  2. Weisen Sie für die anfängliche Localizer Läufe Teilnehmer, dass sie passiv Gesichter und Häuser betrachten werden.
  3. Erklären Sie den Teilnehmern, die in der Aufgabe ausgeführt wird, sie ein Gesicht und ein Haus überlagert auf einander zu sehen. Ihre Aufgabe wird sein, entweder das Haus oder das Gesicht wie folgt achten.
    1. Wenn die Aufgabe zuerst beginnt, werden sie über Textanweisungen ob Häuser oder Flächen achten mitgeteilt.
    2. Die Teilnehmer haben vier Läufe, wo sie angewiesen sind, achten, Häuser, und vier Abfahrten, wo sie aufgefordert werden, auf Gesichter zu achten.
      1. Der Zeitplan für die Gesichts- und Haus läuft wird zufällig für jedes Fach sein.
  4. Betonen Sie die Teilnehmer halten ihren Kopf während des Scans.

4. Legen Sie den Teilnehmer in den Scanner.

  1. Geben Sie die Teilnehmer Ohrstöpsel schützen ihre Ohren vor dem Lärm der Scanner und Ohr Handys zu tragen, so dass sie den Experimentator während des Scans hören, und Sie liegen auf dem Bett mit ihrem Kopf in der Spule.
  2. Geben Sie die Teilnehmer den Notfall Squeeze-Ball und weisen sie es im Notfall während des Scans zu quetschen.
  3. Einsatz-Schaumstoff-Pads, die Teilnehmer zu sichern den Kopf in der Spule zu vermeiden übermäßige Bewegung während des Scans, und erinnern die Teilnehmer, dass es sehr wichtig, während des Scans als auch die kleinsten Bewegungsunschärfe möglichst ruhig bleiben die Bilder.

5. Datenerhebung

  1. Einen hochauflösende anatomische Scan zu sammeln.
  2. Starten Sie den Scanvorgang funktionsfähig.
    1. Beginn der Reizdarbietung mit dem Start des Scanners zu synchronisieren.
    2. Vorliegenden Bilder über einen Laptop an einen Projektor angeschlossen. Der Teilnehmer hat einen Spiegel über ihre Augen reflektiert, dass ein Bildschirm auf der Rückseite des Scanners langweilen.
    3. Jeder Teilnehmer mit zwei Localizer läuft, in denen sie passiv Blöcke von Gesichtern und Häuser sehen zu präsentieren. Diese Localizer Läufe werden verwendet, um die FFA und PPA in jedes einzelnen Teilnehmers zu ermitteln.
      1. Präsentieren Sie jeden Satz von Gesichtern und Häuser in einem 30-s-Block mit 20 s Fixierung zwischen den Blöcken. Zeigen Sie jeden Anreiz für 750 ms, gefolgt von ein 250 ms inter-Stimulus-Intervall, in der nur eine Fixierung Kreuz auf dem Bildschirm vorhanden ist. Wiederholen Sie die Blöcke in abwechselnder Reihenfolge fünf Blocks von Gesichtern und fünf Blocks von Häusern zu erhalten.
    4. Jeder Teilnehmer mit acht funktionellen Durchläufe der Aufmerksamkeit Aufgabe zu präsentieren.
      1. Beginnen Sie jeweils mit einem überlagerten Gesicht und Haus (Abbildung 1) in der Mitte des Bildschirms und eine Anweisung, durch die Teilnahme an entweder das Gesicht beginnen oder das Haus laufen. Das anfängliche Aufmerksamkeit Ziel werden zufällig von Ausführung zu Ausführung.
      2. Jeder Lauf wird 300 Paare von überlagerten Gesichter und Häuser enthalten. Paare von Gesichtern und Häuser werden zwischen den Läufen, aber nicht innerhalb läuft wiederholt.
      3. Zeigen Sie jedes Paar von überlagerten Reiz für eine Sekunde. Ersetzen Sie jede Sekunde die überlagerten Haus und das Gesicht mit einem überlagerten Neubau und Gesicht.

Figure 1
Abbildung 1: Gesicht-Reiz und Haus Reiz überlagert zusammen. Jeder Reiz präsentiert wurde eine überlagerte Gesicht und Haus. Der Teilnehmer wurde angewiesen, sich auf das Gesicht oder das Haus.

6. Post-Scan-Verfahren

  1. Bringen Sie den Teilnehmer aus dem Scanner.
  2. Nachbesprechung des Teilnehmers.

7. die Datenanalyse

  1. Vorverarbeitung der Daten.
    1. Führen Sie Bewegungskorrektur um Bewegungsartefakte zu reduzieren.
    2. Zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen.
    3. Glätten Sie die Daten, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
  2. Modellieren Sie die Daten für jeden Teilnehmer.
    1. Erstellen Sie ein Modell dessen, was die erwartete hämodynamische Antwort für jede Aufgabe-Bedingung (Gesichter und Häuser) in der Localizer-Scan.
      1. Passen Sie die Daten zu diesem Modell, was zu einer statistischen Karte, wobei der Wert bei jedem Voxel das Ausmaß darstellt, das die Aufgabe Zustand das Voxel beteiligt war.
      2. Identifizieren Sie die Cluster für jedes Fach, die FFA und PPA basierend auf ihren anatomischen Positionen entsprechen. Die FFA gehören alle zusammenhängenden Voxel im der Mitte-Gyrus (welche reagiert deutlich mehr zu stellt sich als Häuser) und der PPA enthalten alle Voxel in der Parahippocampal Gyrus, der deutlich mehr Häuser als an Gesichter reagiert hat. Zu diesen Regionen von Interesse, eine minimale Signifikanzschwelle von p < 10-6 für jedes Voxel verwendet wurde.
    2. Verwenden Sie jeden einzelnen FFA und PPA Masken als einen ROI Signal Aktivierungen während der vier Fokus auf Gesichter und die vier Fokus auf Häuser läuft zu extrahieren.
      1. Prozentuale Signaländerung für Gesicht- und Haus-Fokus Bedingungen im FFA und PPA für jedes Fach zu quantifizieren.
  3. Führen Sie einen bidirektionalen Varianzanalyse (ANOVA) Prozent Signal ändern Sie Werte für Unterschiede unter den Bedingungen zu testen. Die Faktoren in diesem Test sind ROI (PPA vs. FFA) und Aufmerksamkeit (Gesichter vs. Häuser).

Visuelle Aufmerksamkeitskontrolle bezieht sich auf unsere bewussten Zustand auswählen, was zu beachten.

Wenn zum Beispiel das Ziel eines Beobachters aller Zwiebeln in seine Suppe herausgreifen, kann er nicht die Fliege bemerkt, die über wirbeln.

Obwohl beide räumlich deckungsgleich waren das Element konzentrieren – die Zwiebeln – zeichnete sich aufgrund der individuellen Zielsetzung. Dies ist ein Beispiel für Objekt-basierte Aufmerksamkeitskontrolle.

Interessant ist, das Gehirn – und den visuellen Kortex, vor allem – können die Objekte einzeln verarbeiten. Aber es ist das besuchte Objekt, das stärkere Aktivierung in die zugehörigen gewinnt Verarbeitungsbereich spezialisiert.

Mit funktionellen Magnetresonanz-Tomographie, fMRI und ursprünglich von Nancy Kanwisher und Kollegen entwickelten Methoden, veranschaulicht dieses Video engagierten Gehirnregionen zu suchen, die bestimmte Objekte zu verarbeiten.

Wir werden auch untersuchen, wie Aufmerksamkeitskontrolle moduliert neuronalen Aktivität in den gleichen Regionen mittels Voxel-basierte Analyse und sogar zu diskutieren, wie Achtsamkeit-Training die Fähigkeit zur Steuerung der Aufmerksamkeit im Laufe der Zeit verbessern kann.

In diesem Experiment Teilnehmer liegen in einem fMRI-Scanner und sehen Sie Bilder von Gesichtern und Häuser in zwei unterschiedliche Phasen: Passive anzeigen und überlagert.

Während der ersten Phase sie sollen einfach nur Bilder einzeln zu einem Zeitpunkt in einem Blockdesign beobachten, das heißt, eine Reihe von Gesichtern werden vorgestellt, gefolgt von einer Reihe von Häusern. Diese Art der Betrachtung dient, Aktivität in bestimmten Regionen des Interesses zu lokalisieren.

Z. B. spindelförmig Gesichtsbereich, der FFA, nachweislich aktiver zu sein, wenn Einzelpersonen Gesichter im Vergleich zu anderen gemeinsamen Objekte anzeigen, während Parahippocampal Place Bereich PPA für kurze, stärker auf Häuser und Orte nicht auf Gesichter reagiert.

Angesichts der Tatsache, dass diese Regionen auf bestimmte Reize, die Muster der Voxel-basierte Aktivität reagieren – oder Bereiche repräsentieren eine gewisse Aktivierung – werden voraussichtlich ändern, je nach den Bildern gezeigt.

Solche Erwartungen Aufbau der zweiten Phase, dem überlagerten Bilder ein Gesicht und ein Haus gezeigt werden. Über mehrere Studien Teilnehmer werden gebeten, nur eines der Elemente zu einem Zeitpunkt achten, und daher müssen ihren Fokus zwischen entweder das Haus oder das Gesicht wechseln.

In diesem Fall ist die abhängige Variable die Menge der Aktivierung über Bedingungen, die die Stärke des Signals umgewandelt werden können ändern, um Variation bei Aktivierung von Grundlinie zu Gesicht konzentriert Blöcke und diejenigen zentriert auf das Haus zu beobachten Bild aufgezeichnet.

Obwohl beide Bilder übereinander dargestellt sind, wird es prognostiziert, dass Muster von Aktivitäten des Teilnehmers FFA und PPA verändern werden, basierend auf das betreffende Element, die, dem Sie besucht. Solche Ergebnisse möchte objektbasierte Aufmerksamkeitskontrolle hervorheben.

Begrüßen sie nach der Rekrutierung der Teilnehmer für diese Studie im Labor und stellen Sie sicher, dass sie die Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, sobald sie die erforderlichen Einverständniserklärungen abgeschlossen. Entnehmen Sie bitte ein anderes fMRT-Projekt in dieser Kollektion für mehr Details über Personen geben Sie die Scan-Raum und imaging-Bohrung vorbereiten.

Mit dem Teilnehmer jetzt in den Scanner, erklären die Aufgabenanweisungen: sie müssen zuerst passiv eine Reihe von Bildern auf dem Bildschirm anzuzeigen. Während der zweiten Phase fordert Textanweisungen sie darauf achten, entweder das Haus oder das Gesicht, wenn sie übereinander angezeigt werden.

Nach diesen Richtungen zunächst das Scan-Protokoll erste sammeln einen hochauflösenden anatomischen Scan.

Dann, den funktionelle Teil mit zwei Localizer läuft, wo Teilnehmer passiv Bilder in 30-Sekunden-Blöcken sehen zu initiieren. Zum Beispiel im Segment Anzeige Gesichter für jeweils 750 ms und eine Fixierung cross dazwischen, während ein inter-stimulus-Intervall oder ISI, von 250 ms.

Am Ende jeder Block, präsentieren die Fixierung Kreuz für 20 s vor abwechselnd die Bilderserie, die jetzt Häuser sein sollte. Beachten Sie, dass diese Sequenz mit verschiedenen Bildern fünf Mal für insgesamt 10 Blöcke in einem Durchlauf wiederholt.

Als nächstes gehen Sie mit acht funktionellen Durchläufe der Aufmerksamkeitskontrolle Aufgabe. Während dieser Phase weisen Sie Teilnehmer welches Objekt um kümmern sich um per SMS auf dem Bildschirm, und dann Zyklus einer überlagerten Gesicht und Haus jede Sekunde mit jedem Lauf mit 300 Bilder überlagert.

Zum Abschluss der Studie bringen Sie die Teilnehmer aus dem Scanner und besprechen sie.

Um die Daten vorverarbeiten, führen Sie Bewegungskorrektur Reduzierung Bewegungsartefakte, zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen, und Glättung an, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.

Anschließend erstellen Sie ein allgemeines lineares Modell, basierend auf was die erwartete hämodynamische Antwort für jede Aufgabe Bedingung sein sollte entweder Gesichter oder Häuser, in der Localizer-Scan.

Erstellen Sie eine statistische Karte durch Anpassung der Daten zu diesem Modell, wobei der Wert bei jedem Voxel das Ausmaß darstellt, das es in der Aufgabe Zustand miteinbezogen wurde.

Bestimmen Sie anhand der Regionen von Interesse, Cluster für jedes Fach mit einer statistischen Mindestschwelle für jedes Voxel, die entweder auf Gesichter reagiert oder Häuser.

Konzentrieren Sie insbesondere sich auf die FFA, im der Mitte-Gyrus, welche reagiert deutlich mehr zu stellt sich als Häuser sowie die PPA, umfasst alle Voxel in Parahippocampal Gyrus, der deutlich mehr Häuser als an Gesichter reagiert.

Dann, zu quantifizieren und graph den Prozentsatz der Signaländerung für Gesicht und Haus-ausgerichtete Bedingungen in der FFA und PPA für jedes Fach.

Während der Phase der Localizer feststellen Sie, dass die bilateralen FFA mehr aktiv war, als Probanden Gesichter im Vergleich zu Häuser angesehen. Umgekehrt war der PPA aktiver, wenn Themen Häuser im Vergleich zu Flächen beobachtet.

Nun, aus der funktionalen läuft, verwenden das gleiche Maß — Prozent signal Änderung — aufgetragen gegen die Gehirnregionen.

Wenn das Gesicht besucht wurde, erhöhter Aktivität der FFA, aber nicht die PPA fand. Umgekehrt, wenn das Haus auf konzentriert war, ereignete sich erhöhter Aktivität in der PPA aber nicht der FFA. Diese Ergebnisse zeigen, dass neuronaler Aktivität moduliert wird, je nachdem, welches Element, betreut wird.

Nun, da Sie wie funktionelle Neuroimaging zum Objekt-basierte Aufmerksamkeitskontrolle studieren kennen, studieren wir schauen wie Forscher andere Arten der Aufmerksamkeits-Verarbeitung.

Neben der Fokussierung auf statischen Bildern, Forscher interessieren sich auch wie die Aktivität des Gehirns moduliert wird, wenn Personen kümmern sich um bewegte Objekte — besonders relevant für den Betrieb eines motorisierten Fahrzeugs und Unfälle zu vermeiden.

Zum Beispiel, wenn der Fahrer gesagt ist, Ausschau nach Bewegung – wie ein Hund über die Straße – die Bewegung selbst erfassen ihre Aufmerksamkeit; Allerdings können sie andere identifizierenden Informationen über die Hunde nicht erinnern. Immerhin ist es umso wichtiger, die Tragödie als zu erinnern Fellfarbe zu vermeiden.

Eine andere Praxis, Achtsamkeit, beinhaltet Schlüsselelemente der Aufmerksamkeits Umschaltung durch ermutigende kluge Fokus weg von belastenden Gedanken. Während der Teilnahme an angeleiteten Meditation, haben Personen gezeigt, um ihre Fähigkeit, Aufmerksamkeit, besonders von negativen Ansichten zu kontrollieren.

Allerdings ist für Menschen mit Angststörungen, posttraumatische Belastungsstörungen einschließlich, Aufmerksamkeitskontrolle schwieriger. Das heißt, sind sie gegenüber emotional negative Reize, wie die tragischen Ereignisse in den Nachrichten, sondern als neutrale Geschichten voreingenommen.

Solche schlechten Aufmerksamkeitskontrolle macht sie anfälliger für die Auswirkungen der bedrohliche Bilder – Situationen, in denen sie nicht scheinen, um aus ihrem Kopf zu verewigen.

Sie haben nur sah Jupiters Video auf wie Aufmerksamkeit neuronalen Aktivität moduliert. Jetzt sollte man ein gutes Verständnis von Gestaltung und ein Experiment Aufmerksamkeits Steuerung über funktionelle Neuroimaging und schließlich analysieren und interpretieren bestimmte Muster der Hirnaktivität im Zusammenhang mit objektbasierten Aufmerksamkeit.

Danke fürs Zuschauen!

Results

In den Localizer-Scans bilaterale FFA waren aktiver, wenn Themen anzeigen wurden Gesichter als wenn sie Häuser angesehen haben. Im Gegensatz dazu war die PPA aktiver beim Themen anzeigen wurden Häuser, als wenn sie Gesichter (Abbildung 2) angesehen haben. Diese Regionen lokalisiert über die Blockdesign Scans, dienten später als Regionen von Interesse Signal im Zusammenhang mit verlagert die Aufmerksamkeit auf Flächen und Häuser während der funktionalen läuft zu extrahieren.

Figure 2
Abbildung 2. Localizer fusiformis Gesichtsbereich (FFA) und die Parahippocampal Place (PPA). Beispiel für ein einzelnes Thema Lokalisierung der EFV während Blöcke Gesichter und der PPA zu betrachten, während Blöcke Häuser (oben) zu betrachten. Signal in der FFA wurde erhöht, während Blöcke der Gesichter aber nicht Häuser (blau) und Signal im PARTG wurde erhöht, während Blöcke der Häuser aber nicht Gesicht (grün).

Bei funktionellen läuft, wo Teilnehmer gleichzeitig ein Gesicht und ein Haus in ihrer direkten Sichtfeld sahen, war Tätigkeit im FFA und PPA moduliert basierend auf welches Element betreut wurde. Als Aufmerksamkeit auf dem Gesicht war, gab es erhöhter Aktivität in der FFA, aber nicht die PPA. Im Gegensatz dazu als Aufmerksamkeit des Hauses war, gab es erhöhter Aktivität in der PPA aber nicht die FFA (Abbildung 3).

Figure 3
Abbildung 3. Aktivierung der spindelförmig Gesicht Bereich (FFA) und der Parahippocampal Place Bereich (PPA) während Aufmerksamkeit-switching Aufgabe. Als Aufmerksamkeit des Hauses (grün) war, zeigte PPA erhöhte Aktivierung während FFA nicht. Umgekehrt, wenn konzentrierte sich auf das Gesicht (blau), FFA zeigte erhöhte Aktivierung während PPA nicht.

Applications and Summary

Die Verwendung der Localizer Scans ist ein leistungsfähiges Werkzeug für kognitive Neuroimaging und hat einige deutliche Vorteile gegenüber Bildgebung des gesamten Gehirns. Durch die Fokussierung einer Hypothese auf eine kleine Anzahl von bestimmten Orten, die Antwortverhalten bekannt haben, können wir ganz konkrete Vorhersagen mit hohen statistische Energie erzeugen. Ganze Gehirn müssen Neuroimaging Studien Voxel-Weise steuern, für Zehntausende von statistischen Tests durchgeführt an jedem Ort im Gehirn, ein Prozess, der statistische Aussagekraft reduziert. Definition dieser Regionen aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaften in jedem einzelnen minimiert auch die Probleme, die durch individuelle Unterschiede in der Neuroanatomie.

In diesem Beispiel haben wir auf die spezialisierten Reiz-spezifische Reaktionen in den Teilregionen des visuellen Kortex zu verstehen, wie ein allgemeiner kognitiver Prozess, Top-Down-Aufmerksamkeit, Wahrnehmungs-Prozesse beeinflussen könnte. Obwohl der Reiz auf die Netzhaut für jedes Element Präsentation gleich war, variierte kortikale Aktivität basierend auf welchen Reiz betreut wurde. Dies zeigt, dass Top-Down-Aufmerksamkeit hat das Potenzial, zu erreichen in Low-Level-sensorischen Kortex zu modulieren, wie Informationen verarbeitet werden. Fortschritte in der Behandlungen und Eingriffe für Aufmerksamkeit Erkrankungen könnte ein umfassenderes Verständnis der wie Aufmerksamkeit Aktivierung im Gehirn moduliert.

References

  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.

1. Teilnehmer Rekrutierung

  1. 20 Teilnehmer zu rekrutieren.
    1. Teilnehmer sollten Rechtshänder und haben keine Geschichte der neurologische oder psychische Störungen.
    2. Teilnehmer müssen normal oder korrigiert-zu-normale Vision um sicherzustellen, dass sie in der Lage, die visuelle Hinweise richtig zu sehen sein werden.
    3. Teilnehmer sollten nicht Metall in ihrem Körper haben. Dies ist eine wichtige Voraussetzung aufgrund des hohen Magnetfeldes fMRI beteiligt.
    4. Teilnehmer sollten nicht unter Klaustrophobie leiden, da die fMRT erfordert liegen in dem kleinen Raum des Scanners trug.

2. Pre-Scan-Verfahren

  1. Prescan Schreibarbeit.
  2. Wenn die Teilnehmer ihre fMRI-Scans kommen, weisen Sie sie zum ersten füllen ein Metallsieb Form, um sicherzustellen, dass sie keine Kontraindikationen zur MRT haben, eine zufällige Ergebnisse Formular Zustimmung für ihre Scan von einem Radiologen betrachtet werden, und eine Einverständniserklärung über die Risiken und Vorteile der Studie.
  3. Bereiten Sie die Teilnehmer in den Scanner zu gehen, indem Sie ihren Körper, einschließlich Gürtel, Brieftaschen, Handys, Haarspangen, Münzen und Schmuck aus Metall entfernen.

3. Geben Sie Anweisungen für die Teilnehmer.

  1. Sagen Sie des Teilnehmers, dass in den Scanner sie Bilder von Gesichtern und Häuser sehen.
  2. Weisen Sie für die anfängliche Localizer Läufe Teilnehmer, dass sie passiv Gesichter und Häuser betrachten werden.
  3. Erklären Sie den Teilnehmern, die in der Aufgabe ausgeführt wird, sie ein Gesicht und ein Haus überlagert auf einander zu sehen. Ihre Aufgabe wird sein, entweder das Haus oder das Gesicht wie folgt achten.
    1. Wenn die Aufgabe zuerst beginnt, werden sie über Textanweisungen ob Häuser oder Flächen achten mitgeteilt.
    2. Die Teilnehmer haben vier Läufe, wo sie angewiesen sind, achten, Häuser, und vier Abfahrten, wo sie aufgefordert werden, auf Gesichter zu achten.
      1. Der Zeitplan für die Gesichts- und Haus läuft wird zufällig für jedes Fach sein.
  4. Betonen Sie die Teilnehmer halten ihren Kopf während des Scans.

4. Legen Sie den Teilnehmer in den Scanner.

  1. Geben Sie die Teilnehmer Ohrstöpsel schützen ihre Ohren vor dem Lärm der Scanner und Ohr Handys zu tragen, so dass sie den Experimentator während des Scans hören, und Sie liegen auf dem Bett mit ihrem Kopf in der Spule.
  2. Geben Sie die Teilnehmer den Notfall Squeeze-Ball und weisen sie es im Notfall während des Scans zu quetschen.
  3. Einsatz-Schaumstoff-Pads, die Teilnehmer zu sichern den Kopf in der Spule zu vermeiden übermäßige Bewegung während des Scans, und erinnern die Teilnehmer, dass es sehr wichtig, während des Scans als auch die kleinsten Bewegungsunschärfe möglichst ruhig bleiben die Bilder.

5. Datenerhebung

  1. Einen hochauflösende anatomische Scan zu sammeln.
  2. Starten Sie den Scanvorgang funktionsfähig.
    1. Beginn der Reizdarbietung mit dem Start des Scanners zu synchronisieren.
    2. Vorliegenden Bilder über einen Laptop an einen Projektor angeschlossen. Der Teilnehmer hat einen Spiegel über ihre Augen reflektiert, dass ein Bildschirm auf der Rückseite des Scanners langweilen.
    3. Jeder Teilnehmer mit zwei Localizer läuft, in denen sie passiv Blöcke von Gesichtern und Häuser sehen zu präsentieren. Diese Localizer Läufe werden verwendet, um die FFA und PPA in jedes einzelnen Teilnehmers zu ermitteln.
      1. Präsentieren Sie jeden Satz von Gesichtern und Häuser in einem 30-s-Block mit 20 s Fixierung zwischen den Blöcken. Zeigen Sie jeden Anreiz für 750 ms, gefolgt von ein 250 ms inter-Stimulus-Intervall, in der nur eine Fixierung Kreuz auf dem Bildschirm vorhanden ist. Wiederholen Sie die Blöcke in abwechselnder Reihenfolge fünf Blocks von Gesichtern und fünf Blocks von Häusern zu erhalten.
    4. Jeder Teilnehmer mit acht funktionellen Durchläufe der Aufmerksamkeit Aufgabe zu präsentieren.
      1. Beginnen Sie jeweils mit einem überlagerten Gesicht und Haus (Abbildung 1) in der Mitte des Bildschirms und eine Anweisung, durch die Teilnahme an entweder das Gesicht beginnen oder das Haus laufen. Das anfängliche Aufmerksamkeit Ziel werden zufällig von Ausführung zu Ausführung.
      2. Jeder Lauf wird 300 Paare von überlagerten Gesichter und Häuser enthalten. Paare von Gesichtern und Häuser werden zwischen den Läufen, aber nicht innerhalb läuft wiederholt.
      3. Zeigen Sie jedes Paar von überlagerten Reiz für eine Sekunde. Ersetzen Sie jede Sekunde die überlagerten Haus und das Gesicht mit einem überlagerten Neubau und Gesicht.

Figure 1
Abbildung 1: Gesicht-Reiz und Haus Reiz überlagert zusammen. Jeder Reiz präsentiert wurde eine überlagerte Gesicht und Haus. Der Teilnehmer wurde angewiesen, sich auf das Gesicht oder das Haus.

6. Post-Scan-Verfahren

  1. Bringen Sie den Teilnehmer aus dem Scanner.
  2. Nachbesprechung des Teilnehmers.

7. die Datenanalyse

  1. Vorverarbeitung der Daten.
    1. Führen Sie Bewegungskorrektur um Bewegungsartefakte zu reduzieren.
    2. Zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen.
    3. Glätten Sie die Daten, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
  2. Modellieren Sie die Daten für jeden Teilnehmer.
    1. Erstellen Sie ein Modell dessen, was die erwartete hämodynamische Antwort für jede Aufgabe-Bedingung (Gesichter und Häuser) in der Localizer-Scan.
      1. Passen Sie die Daten zu diesem Modell, was zu einer statistischen Karte, wobei der Wert bei jedem Voxel das Ausmaß darstellt, das die Aufgabe Zustand das Voxel beteiligt war.
      2. Identifizieren Sie die Cluster für jedes Fach, die FFA und PPA basierend auf ihren anatomischen Positionen entsprechen. Die FFA gehören alle zusammenhängenden Voxel im der Mitte-Gyrus (welche reagiert deutlich mehr zu stellt sich als Häuser) und der PPA enthalten alle Voxel in der Parahippocampal Gyrus, der deutlich mehr Häuser als an Gesichter reagiert hat. Zu diesen Regionen von Interesse, eine minimale Signifikanzschwelle von p < 10-6 für jedes Voxel verwendet wurde.
    2. Verwenden Sie jeden einzelnen FFA und PPA Masken als einen ROI Signal Aktivierungen während der vier Fokus auf Gesichter und die vier Fokus auf Häuser läuft zu extrahieren.
      1. Prozentuale Signaländerung für Gesicht- und Haus-Fokus Bedingungen im FFA und PPA für jedes Fach zu quantifizieren.
  3. Führen Sie einen bidirektionalen Varianzanalyse (ANOVA) Prozent Signal ändern Sie Werte für Unterschiede unter den Bedingungen zu testen. Die Faktoren in diesem Test sind ROI (PPA vs. FFA) und Aufmerksamkeit (Gesichter vs. Häuser).

Visuelle Aufmerksamkeitskontrolle bezieht sich auf unsere bewussten Zustand auswählen, was zu beachten.

Wenn zum Beispiel das Ziel eines Beobachters aller Zwiebeln in seine Suppe herausgreifen, kann er nicht die Fliege bemerkt, die über wirbeln.

Obwohl beide räumlich deckungsgleich waren das Element konzentrieren – die Zwiebeln – zeichnete sich aufgrund der individuellen Zielsetzung. Dies ist ein Beispiel für Objekt-basierte Aufmerksamkeitskontrolle.

Interessant ist, das Gehirn – und den visuellen Kortex, vor allem – können die Objekte einzeln verarbeiten. Aber es ist das besuchte Objekt, das stärkere Aktivierung in die zugehörigen gewinnt Verarbeitungsbereich spezialisiert.

Mit funktionellen Magnetresonanz-Tomographie, fMRI und ursprünglich von Nancy Kanwisher und Kollegen entwickelten Methoden, veranschaulicht dieses Video engagierten Gehirnregionen zu suchen, die bestimmte Objekte zu verarbeiten.

Wir werden auch untersuchen, wie Aufmerksamkeitskontrolle moduliert neuronalen Aktivität in den gleichen Regionen mittels Voxel-basierte Analyse und sogar zu diskutieren, wie Achtsamkeit-Training die Fähigkeit zur Steuerung der Aufmerksamkeit im Laufe der Zeit verbessern kann.

In diesem Experiment Teilnehmer liegen in einem fMRI-Scanner und sehen Sie Bilder von Gesichtern und Häuser in zwei unterschiedliche Phasen: Passive anzeigen und überlagert.

Während der ersten Phase sie sollen einfach nur Bilder einzeln zu einem Zeitpunkt in einem Blockdesign beobachten, das heißt, eine Reihe von Gesichtern werden vorgestellt, gefolgt von einer Reihe von Häusern. Diese Art der Betrachtung dient, Aktivität in bestimmten Regionen des Interesses zu lokalisieren.

Z. B. spindelförmig Gesichtsbereich, der FFA, nachweislich aktiver zu sein, wenn Einzelpersonen Gesichter im Vergleich zu anderen gemeinsamen Objekte anzeigen, während Parahippocampal Place Bereich PPA für kurze, stärker auf Häuser und Orte nicht auf Gesichter reagiert.

Angesichts der Tatsache, dass diese Regionen auf bestimmte Reize, die Muster der Voxel-basierte Aktivität reagieren – oder Bereiche repräsentieren eine gewisse Aktivierung – werden voraussichtlich ändern, je nach den Bildern gezeigt.

Solche Erwartungen Aufbau der zweiten Phase, dem überlagerten Bilder ein Gesicht und ein Haus gezeigt werden. Über mehrere Studien Teilnehmer werden gebeten, nur eines der Elemente zu einem Zeitpunkt achten, und daher müssen ihren Fokus zwischen entweder das Haus oder das Gesicht wechseln.

In diesem Fall ist die abhängige Variable die Menge der Aktivierung über Bedingungen, die die Stärke des Signals umgewandelt werden können ändern, um Variation bei Aktivierung von Grundlinie zu Gesicht konzentriert Blöcke und diejenigen zentriert auf das Haus zu beobachten Bild aufgezeichnet.

Obwohl beide Bilder übereinander dargestellt sind, wird es prognostiziert, dass Muster von Aktivitäten des Teilnehmers FFA und PPA verändern werden, basierend auf das betreffende Element, die, dem Sie besucht. Solche Ergebnisse möchte objektbasierte Aufmerksamkeitskontrolle hervorheben.

Begrüßen sie nach der Rekrutierung der Teilnehmer für diese Studie im Labor und stellen Sie sicher, dass sie die Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, sobald sie die erforderlichen Einverständniserklärungen abgeschlossen. Entnehmen Sie bitte ein anderes fMRT-Projekt in dieser Kollektion für mehr Details über Personen geben Sie die Scan-Raum und imaging-Bohrung vorbereiten.

Mit dem Teilnehmer jetzt in den Scanner, erklären die Aufgabenanweisungen: sie müssen zuerst passiv eine Reihe von Bildern auf dem Bildschirm anzuzeigen. Während der zweiten Phase fordert Textanweisungen sie darauf achten, entweder das Haus oder das Gesicht, wenn sie übereinander angezeigt werden.

Nach diesen Richtungen zunächst das Scan-Protokoll erste sammeln einen hochauflösenden anatomischen Scan.

Dann, den funktionelle Teil mit zwei Localizer läuft, wo Teilnehmer passiv Bilder in 30-Sekunden-Blöcken sehen zu initiieren. Zum Beispiel im Segment Anzeige Gesichter für jeweils 750 ms und eine Fixierung cross dazwischen, während ein inter-stimulus-Intervall oder ISI, von 250 ms.

Am Ende jeder Block, präsentieren die Fixierung Kreuz für 20 s vor abwechselnd die Bilderserie, die jetzt Häuser sein sollte. Beachten Sie, dass diese Sequenz mit verschiedenen Bildern fünf Mal für insgesamt 10 Blöcke in einem Durchlauf wiederholt.

Als nächstes gehen Sie mit acht funktionellen Durchläufe der Aufmerksamkeitskontrolle Aufgabe. Während dieser Phase weisen Sie Teilnehmer welches Objekt um kümmern sich um per SMS auf dem Bildschirm, und dann Zyklus einer überlagerten Gesicht und Haus jede Sekunde mit jedem Lauf mit 300 Bilder überlagert.

Zum Abschluss der Studie bringen Sie die Teilnehmer aus dem Scanner und besprechen sie.

Um die Daten vorverarbeiten, führen Sie Bewegungskorrektur Reduzierung Bewegungsartefakte, zeitliche Filterung um Signal Drifts zu entfernen, und Glättung an, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.

Anschließend erstellen Sie ein allgemeines lineares Modell, basierend auf was die erwartete hämodynamische Antwort für jede Aufgabe Bedingung sein sollte entweder Gesichter oder Häuser, in der Localizer-Scan.

Erstellen Sie eine statistische Karte durch Anpassung der Daten zu diesem Modell, wobei der Wert bei jedem Voxel das Ausmaß darstellt, das es in der Aufgabe Zustand miteinbezogen wurde.

Bestimmen Sie anhand der Regionen von Interesse, Cluster für jedes Fach mit einer statistischen Mindestschwelle für jedes Voxel, die entweder auf Gesichter reagiert oder Häuser.

Konzentrieren Sie insbesondere sich auf die FFA, im der Mitte-Gyrus, welche reagiert deutlich mehr zu stellt sich als Häuser sowie die PPA, umfasst alle Voxel in Parahippocampal Gyrus, der deutlich mehr Häuser als an Gesichter reagiert.

Dann, zu quantifizieren und graph den Prozentsatz der Signaländerung für Gesicht und Haus-ausgerichtete Bedingungen in der FFA und PPA für jedes Fach.

Während der Phase der Localizer feststellen Sie, dass die bilateralen FFA mehr aktiv war, als Probanden Gesichter im Vergleich zu Häuser angesehen. Umgekehrt war der PPA aktiver, wenn Themen Häuser im Vergleich zu Flächen beobachtet.

Nun, aus der funktionalen läuft, verwenden das gleiche Maß — Prozent signal Änderung — aufgetragen gegen die Gehirnregionen.

Wenn das Gesicht besucht wurde, erhöhter Aktivität der FFA, aber nicht die PPA fand. Umgekehrt, wenn das Haus auf konzentriert war, ereignete sich erhöhter Aktivität in der PPA aber nicht der FFA. Diese Ergebnisse zeigen, dass neuronaler Aktivität moduliert wird, je nachdem, welches Element, betreut wird.

Nun, da Sie wie funktionelle Neuroimaging zum Objekt-basierte Aufmerksamkeitskontrolle studieren kennen, studieren wir schauen wie Forscher andere Arten der Aufmerksamkeits-Verarbeitung.

Neben der Fokussierung auf statischen Bildern, Forscher interessieren sich auch wie die Aktivität des Gehirns moduliert wird, wenn Personen kümmern sich um bewegte Objekte — besonders relevant für den Betrieb eines motorisierten Fahrzeugs und Unfälle zu vermeiden.

Zum Beispiel, wenn der Fahrer gesagt ist, Ausschau nach Bewegung – wie ein Hund über die Straße – die Bewegung selbst erfassen ihre Aufmerksamkeit; Allerdings können sie andere identifizierenden Informationen über die Hunde nicht erinnern. Immerhin ist es umso wichtiger, die Tragödie als zu erinnern Fellfarbe zu vermeiden.

Eine andere Praxis, Achtsamkeit, beinhaltet Schlüsselelemente der Aufmerksamkeits Umschaltung durch ermutigende kluge Fokus weg von belastenden Gedanken. Während der Teilnahme an angeleiteten Meditation, haben Personen gezeigt, um ihre Fähigkeit, Aufmerksamkeit, besonders von negativen Ansichten zu kontrollieren.

Allerdings ist für Menschen mit Angststörungen, posttraumatische Belastungsstörungen einschließlich, Aufmerksamkeitskontrolle schwieriger. Das heißt, sind sie gegenüber emotional negative Reize, wie die tragischen Ereignisse in den Nachrichten, sondern als neutrale Geschichten voreingenommen.

Solche schlechten Aufmerksamkeitskontrolle macht sie anfälliger für die Auswirkungen der bedrohliche Bilder – Situationen, in denen sie nicht scheinen, um aus ihrem Kopf zu verewigen.

Sie haben nur sah Jupiters Video auf wie Aufmerksamkeit neuronalen Aktivität moduliert. Jetzt sollte man ein gutes Verständnis von Gestaltung und ein Experiment Aufmerksamkeits Steuerung über funktionelle Neuroimaging und schließlich analysieren und interpretieren bestimmte Muster der Hirnaktivität im Zusammenhang mit objektbasierten Aufmerksamkeit.

Danke fürs Zuschauen!

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