Overview
ソース: ジョナス ・ t. カプラン サラ I. ギンベル所-南カリフォルニア大学
人間の視覚システムは非常に高度な非常に迅速に大量の情報を処理できます。ただし、情報を処理する脳の容量は無限の資源ではありません。注意、選択的に情報を処理する能力を現在の目標に関連するではない、情報を無視する視覚認知の重要な部分。注目のいくつかの側面は、自発的、意識的なコントロールは予告なく他、自動。この実験では、視覚情報処理に自発的なまたは「トップダウン」の注意制御のメカニズムを探る。
トップダウン方法注意を確認する視覚野の整然とした組織に選択的にすることができますこの実験の活用は、視覚刺激の処理を調整します。特定の視覚的項目を処理するために特化する視覚皮質の特定の領域が表示されます。具体的には、カンウィッシャーらによって動作します。1科目表示面を比較した他の一般的なオブジェクトを観察する場合は、有意に活発下側頭葉の紡錘状回内の領域を識別しています。このエリアは、紡錘顔領域 (FFA) として知られているになってきた。家や場所、顔には、海馬傍場所エリア (PPA) として知られている別の脳領域は強く応答します。2我々 はこれらの地域が特定の種類の刺激に応答する方法を知っていることを考える彼らの活動さらに探索できますビジョン visual 注目の主要コンポーネントを識別します。
このビデオは、fMRI を使用して遊離脂肪酸と脳の PPA をローカライズする方法を示しています、注意制御の方法オブジェクト ベースを調べますこれらの領域の活動を調節します。後続の仮説テストを制限する機能ローカライザーの使用は機能イメージングの強力な技法です。参加者は顔と家のオーバーレイ イメージが表示されている間の機能的 MRI を受けます。にもかかわらず、顔と家は、各刺激の提示が、我々 は彼らの遊離脂肪酸および PPA の活動のパターンがどの項目に出席されているに基づいて変更されます予測します。3
Procedure
1. 参加者募集
- 20 人の参加者を募集します。
- 参加者は右利きで、神経学的または精神的な障害の歴史があります。
- 参加者に視覚的な合図を正しく表示できるように正常または正常に修正のビジョンが必要です。
- 参加者は、自分の体で金属をなりません。これ高磁場 fMRI の関与のための重要な安全要件です。
- 参加者する必要があります閉所恐怖症に苦しむ、fMRI スキャナーの小さなスペースで横になっている必要があるためにの穴はありません。
2. 事前スキャン手順
- スキャン前書類を記入します。
- 参加者は、fMRI スキャンのために来る、彼らは MRI、カウンター表示がない確認する金属スクリーン フォーム、放射線科、見てする彼らのスキャンのために同意を与える偶発的所見フォームおよびリスクと研究の利点について詳述した同意書の記入を最初に教えます。
- ベルト、財布、携帯電話、ヘアー クリップ、コイン、アクセサリー類をすべてを含む、自分の体からすべての金属を取り除くことでスキャナーに行く参加者を準備します。
3 参加者の指示を提供します。
- スキャナーの顔や家の画像が表示されますを参加者に伝えます。
- 初期ローカライザーの実行、彼らは、顔と住宅に受動的表示が参加者に指示します。
- タスクで実行すると、お互いに顔と重ね家が表示されますを参加者に説明します。そのタスクは、次のように家や顔に注意を払うことでしょう。
- タスクが最初に開始彼ら言われるテキストの指示で家または面に注意を払うかどうか。
- どこの家に注意を払うに指示されて 4 失点と顔に注意を払うに指示されて、4 失点、参加者があります。
- 家の顔と実行のスケジュールは各主題のためランダムにされます。
- 参加者をスキャン中まだ頭の維持の重要性を強調します。
4. スキャナーの参加者を置きます。
- スキャンの際、実験者を聞いていてコイルに頭をベッドに横になることがあるので、着用するスキャナーと耳の携帯電話の騒音から耳を守る参加者耳栓を与えます。
- 参加者緊急スクイズ ボールを与えるし、スキャン中に緊急の場合それを圧迫するように指示します。
- 参加者を保護するパッドを使用の画像、スキャン中に過剰な運動を避けるために、参加者を思い出させる、スキャン中にまだ可能な限り最小の動きブラーもご滞在に非常に重要であるコイルの頭します。
5. データの収集
- 高解像度の解剖学的なスキャンを収集します。
- 機能をスキャンを開始します。
- スキャナーの開始と刺激提示の開始を同期します。
- ノート パソコンを介して現在の写真は、プロジェクターに接続します。参加者は、スキャナーの後ろにある画面の穴を反映して彼らの目の上にミラーをが。
- 受動的面および住宅のブロックを見、2 つのローカライザー実行を各参加者を提示します。これらのローカライザーの実行は、個々 の参加者の遊離脂肪酸および PPA を識別するために使用されます。
- 20 面と 30 のブロック住宅の各セットを現在のブロック間の固定。クロスのみの固定は、画面上に存在、250 ms 刺激間間隔に続いて、750 ms の各刺激を示します。顔の 5 つのブロックと 5 ブロックに住宅を取得する順序を交互にブロックを繰り返します。
- 現在 8 つの機能は、各参加者が注意タスクの実行します。
- それぞれがスーパーイン ポーズ顔と顔をどちらかに出席することによって開始する指示と画面の中心に家 (図 1) または家で実行を開始します。最初の注意のターゲットは、実行するたびにランダムにされます。
- 各実行の重畳面と住宅 300 ペアが含まれます。実行が実行ではなく、顔や家のペアが繰り返されます。
- 1 秒の重畳刺激の各ペアを表示します。毎秒は、スーパーイン ポーズの新しい家と顔で重畳家と顔を置き換えます。
図 1。顔刺激と一緒に重ね家刺激。各呈示された重畳顔と家。参加者は、顔や家に集中するように指示されました。
6. スキャン後の手順
- スキャナーから参加者をもたらします。
- 参加者の感想を聞きます。
7. データ解析
- データの前処理を行います。
- 動きの人工物を減らすために動き補正を実行します。
- 信号ドリフトを削除する時間フィルタ リングを実行します。
- 信号対雑音比を増加するデータを滑らかに。
- 各参加者のデータをモデルします。
- ローカライザー スキャンの各タスクの条件 (顔や家) の血行動態の予期された応答のもののモデルを作成します。
- 各ボクセルの値が、タスク条件に関与していたそのボクセルする程度を表す統計マップの結果、このモデルにデータをフィットします。
- 遊離脂肪酸とその解剖学的位置に基づいて PPA に対応する被験者のクラスターを識別します。遊離脂肪酸は、(どの応答するよりも直面しているより大きく住宅) 半ば紡錘状回ですべての連続したボクセルと PPA は、面により住宅により大幅に応答した海馬傍回にすべてボクセルを含まれています。Pの最小重要しきい値、興味のこれらの地域を確立する < 10-6は、各ボクセルに使用されました。
- 投資収益率として個々 の遊離脂肪酸および PPA のマスクを使用して、4 つのフォーカスの面で実行および 4 つの住宅に関する焦点実行中に信号のアクティブ化を抽出します。
- 各主題のための遊離脂肪酸および PPA 顔フォーカスと家フォーカス状態パーセント信号の変化を定量化します。
- ローカライザー スキャンの各タスクの条件 (顔や家) の血行動態の予期された応答のもののモデルを作成します。
- 双方向実行の分散分析 (ANOVA) % 信号の変更条件の相違のためにテストする値。このテストで要因は、投資収益率 (PPA 対遊離脂肪酸) と注意 (住宅対面)。
視覚的注意制御は、何に注意を払うことを選択の私達の意図的な状態を指します。
たとえば、オブザーバーの目標は彼のスープに玉ねぎのすべてを選択するが、彼は約旋回飛行をお知らせがないです。
空間的に一致していたにもかかわらずもフォーカスの項目-玉ねぎ-個々 の目的のために際立って。これは、注意のコントロールのオブジェクト ベースの例です。
興味深いことに、脳-、特に、視覚野 — オブジェクトを個別に処理できます。それが専門領域を処理に関連する強力な活性化を得る出席したオブジェクト。
機能的磁気共鳴画像、fMRI、およびナンシー ・ カンウィッシャー、同僚によって開発されたメソッドを使用して、このビデオは、特定のオブジェクトを処理する専用の脳領域を特定する方法を示します。
我々 はまたどのように注意制御を調査領域ボクセル ベースの分析を使用して同じ神経活動を調節して、マインドフルネス トレーニングは、時間をかけて注意を制御する能力を高めることができる方法を論議。
この実験では、参加者が fMRI スキャナーであるし、2 つの異なるフェーズで顔や家の画像が表示されます: パッシブ表示と重ね合わせます。
最初のフェーズでは、ブロックの設計の時に画像の 1 つを単に観察するように頼まれている、つまり、面の数は、住宅のシーケンスに続く提示が。この種類の表示は、関心の特定の領域内のアクティビティのローカライズを提供しています。
たとえば、個人面に比べて、その他の共通オブジェクトを表示は、海馬傍プレイス周辺、略して、PPA 応答より強く顔にではなく、家や場所に対しより活躍する紡錘顔領域、遊離脂肪酸を示されています。
考えるとこれらの地域は、刺激、ボクセル ベースの活動のパターンの特定の種類に対応 — や地域活性化のいくつかのレベルを表す-表示画像に応じて変更する必要が。
このような期待は顔と家の画像の重ね合わせを表示する 2 番目のフェーズを設置しました。いくつかの試験を巡る参加者は、時に、アイテムの 1 つだけに注意を払う求められます、したがって、家の顔にフォーカスを切り替える必要があります。
この場合、従属変数は、活性化の条件は、信号の大きさに変換することができます変更の顔に焦点を当てたブロックにベースラインから活性化変異と家を中心としたものを観察する画像全体にわたって記録の量です。
この両方のイメージは重畳的に提示されて、参加者の遊離脂肪酸および PPA の活動のパターンが変更されますか、彼らに出席する特定の項目に基づいたが予想されます。このような結果は、オブジェクト ベースの注意コントロールを強調します。
この研究の参加者を募集後、研究室で彼らを迎えるし、必要な同意フォームを完了として安全性要件を満たしていることを確認します。部屋をスキャンとイメージングの穴を入力する個人を準備する方法の詳細については、このコレクション内の別の fMRI プロジェクトを参照してください。
スキャナーで今すぐ参加者とタスクの手順を説明する: する必要があります最初受動的に表示画像数画面上。2 番目のフェーズでは、テキストの指示は、スーパーイン ポーズ表示されるとき家のどちらかの顔に注意を払うことを求められます。
これらの指示に従う最初収集高分解能解剖学的スキャンでスキャンのプロトコルを開始します。
次に、参加者が受動的 30 秒のブロック単位で画像を表示、2 つのローカライザー実行機能の一部を開始します。例えば、最初のセグメントの表示面でそれぞれ 750 ms の固定はの間に、間-stimulus-間隔、または ISI、250 ms の中にクロスします。
各ブロックの最後に、現時点では 20 のための十字固定の交互に一連の画像は、今の家をする必要があります前に s。このシーケンスの繰り返しが異なるイメージを持つ 5 回 10 ブロック 1 つの実行中の合計のため注意してください。
次に、注意の制御タスクの 8 つの機能実行を続行します。このフェーズでは、どのオブジェクトを介して、画面上のテキストに出席およびスーパーイン ポーズ顔をサイクルし、300 を含む実行するたびに、すべての 2 番目の家にイメージを重ねて参加者に指示します。
研究をまとめると、スキャナーから参加者をもたらしそれらを報告します。
データの前処理、アーチファクト、信号ドリフトを削除するフィルタ リング時空信号対雑音比を増加する平滑化を抑える動き補正を実行します。
その後、将軍を作成血行動態の予期された応答がタスク条件ごとにする必要がありますに基づく線形モデルまたは直面している住宅ではローカライザー スキャン。
各ボクセルで値が、タスク条件に関わっていたする程度を表すこのモデルにデータをフィットして統計マップを生成します。
面にいずれかを答えた各ボクセルの最小統計しきい値と各科目のクラスターを識別する関心領域に基づいて、または家します。
具体的には、面により住宅により大幅に応答する海馬傍回のすべての画素が含まれて PPA と同様、家より直面しているより大きくする応答半ば紡錘状回で、遊離脂肪酸に焦点を当てます。
定量化し、各科目の遊離脂肪酸および PPA の顔と家集中状態信号の変化の割合をグラフ化します。
ローカライザー フェーズ中に両側遊離されたより積極的な場合、視住宅と比較して顔に気づきます。逆に、PPA は、被験者を観察面と比較して住宅より活発だった。
今、機能の実行から同じメジャーを使用-% 信号の変更 — 脳部位に対してプロットします。
顔が出席した時に、活動の増加は、遊離脂肪酸がない PPA で発見されました。逆に、家に集中していた、PPA は、遊離脂肪酸の増加活動が発生しました。どのような項目に出席されているに応じて、神経活動を変調することが示唆されました。
今では脳機能イメージングを使用して、オブジェクト ベースの注意制御を勉強する方法に精通している、見てどのように研究者勉強しましょう他の種類の注意の処理。
静的な映像を中心に、研究者もまた個人に物体に出席するときの脳の活動の変調方法に興味がある-モーターを備えられた車を運転し、事故を回避するため特に関連します。
たとえば、運転手は動きを見て-ように通りを渡って犬-モーション自体は、彼らの注意をキャプチャしかし、彼らは犬の他の識別の詳細を覚えていない可能性があります。結局のところ、毛皮の色を記憶するよりも悲劇を避けるために重要です。
別の練習、注意深さより多くのストレスの考えから奨励鋭いフォーカスによって、注意の切り替えの重要な要素が組み込まれています。瞑想のインストラクターに従事しながら個人は不利なビューから特に注意を制御する能力を高めること示されています。
しかし、不安障害、心的外傷後ストレスを含む個人の注意制御が難しくなります。つまり、彼らが感情的に否定的な刺激の中立的なストーリーではなく、ニュース、悲劇的な出来事のような偏っています。
このような貧しい人々 の注意制御させるイメージを脅かすの影響を受けやすく、安心を得るようであるできない状況を永続させます。
ゼウスの注意が神経活動を調節する方法のビデオを見てきただけ。設計および脳機能イメージングを用いた注意の制御実験を実施する方法をよく理解を持っている必要があります今、最後に分析し、脳の活動の特定のパターンを解釈する方法は、オブジェクト ベースの注意に関連します。
見てくれてありがとう!
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Results
ローカライザーのスキャンで両側遊離脂肪酸は、科目が彼らは家を見ていたときよりも顔を見ていたときより活躍しました。逆に、PPA は、被験者が面 (図 2) を表示したときよりも家を見ていたときより活発だった。ブロック デザイン スキャンを介してローカライズされたこれらの地域は関連機能の実行中に顔して住宅の注意をシフトする信号を抽出する関心領域として後で使用されました。
図 2 。(FFA) 紡錘顔領域や海馬傍場所面積 (PPA) のローカライザー 。住宅 (上) の表示のブロック中に顔と PPA の表示のブロック中遊離脂肪酸の 1 つのサブジェクト ローカリゼーションの例。顔が、家がない (青) のブロックの間に増加した遊離脂肪酸の信号、PPA の信号は家がない面 (緑) のブロックの間に増加しました。
場所参加者は同時に顔と直接視野の家を見て、機能の実行中に遊離脂肪酸および PPA の活動は、どの項目が出席されていたに基づいて変調しました。顔に注意をしたとき、遊離脂肪酸が PPA ではない活動の増加があった。逆に、注目の家の頃、PPA が遊離脂肪酸の (図 3) に活動の増加があった。
図 3.紡錘顔領域 (FFA) 海馬傍場所エリア (PPA) の活性化、注意の切り替え作業中です。注目の住宅 (緑) の頃、PPA は、遊離しませんでしたが増加活性化を示した。反対に、(青) の顔にフォーカスをしたときは、PPA はしませんでしたがも遊離脂肪酸増加活性化は示した。
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Applications and Summary
ローカライザー スキャンの使用は認知神経イメージング研究のための強力なツールで、すべての脳のイメージングにいくつかの明確な利点。少数の応答特性を知られている特定の場所に関する仮説を中心に、高い統計的検出力の非常に特定の予測値を生成します。全体脳ボクセル賢明なニューロ イメージング研究は脳、統計的な検出力を低減するプロセス内のあらゆる場所で実行される統計的テストの数万人を制御しなければなりません。また、個々 の機能のプロパティに基づいてこれらの領域を定義する神経解剖学の個体差によってもたらされる問題を最小限に抑えます。
この例より一般的な認知プロセス、トップダウンの注意が知覚的プロセスに影響を与える理解する視覚野のサブ地域での特殊な特定の刺激応答成り立ってください。にもかかわらず網膜上の刺激は、各アイテムのプレゼンテーションのための同じは、大脳皮質の活動はどの刺激が出席されていたに基づいて変化させます。これは、トップダウンの注意情報の処理方法を調節するための低レベルの感覚野に到達する可能性があることを示しています。注意が脳の活性化を調節する方法のより完全な理解は、治療と注意関連疾患のための介入の進歩につながる可能性があります。
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References
- 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.
- Epstein, R., & Kanwisher, N. (1998). A cortical representation of the local visual environment. Nature, 392, 598-601.
- 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.
