Denne artikkelen beskriver hvordan du setter opp et eksperiment som gjør det mulig å oppdage før stimulans kildenivå påvirkninger på objekt persepsjon ved hjelp av magnetoencephalography (MEG). Det dekker stimulans materiale, eksperimentell design, MEG opptak, og dataanalyse.
Pre-stimulans oscillasjon hjernen aktivitet påvirker kommende persepsjon. Karakteristikkene av denne pre-stimulans aktiviteten kan forutsi om en nesten terskel stimulans vil bli oppfattet eller ikke oppfattes, men kan de også forutsi hvilken av to konkurrerende stimuli med ulike oppfattet innholdet oppfattes? Tvetydige visuelle stimuli, som kan sees på en av to mulige måter om gangen, er ideelt egnet til å undersøke dette spørsmålet. Magnetoencephalography (MEG) er en nevrofysiologiske måleteknikk som registrerer magnetiske signaler som slippes ut som et resultat av hjerne aktivitet. Den midlertidige oppløsningen til MEG i millisekunder tillater en karakteristikk av oscillasjon hjerne tilstander fra så lite som 1 sekund av innspilte data. Presenterer en tom skjerm rundt 1 sekund før tvetydig stimulans utbruddet gir derfor en tid vindu der man kan undersøke om pre-stimulans oscillasjon aktivitet fordommer innholdet i kommende persepsjon, som indikert av deltakernes Rapporter. Den romlige oppløsningen av MEG er ikke utmerket, men tilstrekkelig til å lokalisere kilder til hjernens aktivitet på centimeter skala. Kilde rekonstruksjon av MEG aktivitet deretter gir mulighet for testing hypoteser om oscillasjon aktivitet av bestemte regioner av interesse, samt tid-og frekvens-løst tilkobling mellom regioner av interesse. Den beskrevne protokollen gir en bedre forståelse av påvirkning av spontan, pågående hjerne aktivitet på visuell persepsjon.
Brain tilstander foregående stimuli presentasjon påvirke måten stimuli oppfattes samt neural responser knyttet til persepsjon1,2,3,4. For eksempel, når en stimulans er presentert med en intensitet nær oppfattes terskel (nær-terskel), pre-stimulans nevrale oscillasjon makt, fase, og tilkobling kan påvirke om den kommende stimulans vil bli oppfattet eller ikke oppfattet5 ,6,7,8,9,10. Disse pre-stimulans signalene kan også påvirke andre aspekter av persepsjon, som oppfattes objekt innhold.
Presentere folk med et tvetydig bilde som kan tolkes på en av to måter er en ideell måte å granske objektet persepsjon11. Dette er fordi det subjektive innholdet av persepsjon kan være ett av to objekter, mens den faktiske stimulans forblir uendret. Man kan derfor vurdere forskjellene i innspilte hjernen signaler mellom prøvelser som folk rapporterte oppfatte en versus andre mulige tolkning av stimulans. Gitt rapportene, kan man også undersøke om det var noen forskjeller i hjernen statene før stimulans utbruddet.
Magnetoencephalography (MEG) er en funksjonell neuroimaging teknikk som registrerer magnetiske felt produsert av elektriske strømmer i hjernen. Mens blod oksygenering nivå avhengige (BOLD) svar løse på en tidsskala på sekunder, gir MEG millisekunder oppløsning og derfor kan undersøke hjernen mekanismer som oppstår ved svært rask tidsrammer. En beslektet fordel med MEG er at den tillater karakteriserer hjerne tilstander fra korte perioder med innspilte data, noe som betyr at eksperimentelle forsøk kan forkortes slik at mange prøvelser passer inn i en eksperimentell sesjon. Videre tillater MEG for frekvens-domene analyser som kan avdekke oscillasjon aktivitet.
I tillegg til høy Temporal oppløsning, gir MEG god romlig oppløsning. Med kilde gjenoppbyggings teknikker12, kan man projisere sensor nivå data til kilde plass. Dette gjør det mulig å teste hypoteser om aktiviteten til bestemte regioner av interesser. Til slutt, mens signalene i sensor-plass er svært korrelert og derfor tilkobling mellom sensorer ikke kan vurderes nøyaktig, kan kilde rekonstruksjon for vurdering av tilkobling mellom regioner av interesse fordi det reduserer sammenhenger mellom kilde signalene13. Disse tilkoblings anslagene kan løses både i tids-og frekvens domenene.
Gitt disse fordelene, MEG er ideelt egnet til å undersøke pre-stimulans effekter på objektet persepsjon i spesifiserte regioner av interesse. I denne rapporten vil vi illustrere hvordan man utformer et slikt eksperiment og MEG oppkjøpet oppsett, samt hvordan du bruker kilde rekonstruksjon og vurdere oscillasjon aktivitet og tilkobling.
Presenterer en unik stimulans som kan tolkes som mer enn ett objekt over tid, men som bare ett objekt til enhver tid, åpner for å undersøke pre-stimulans effekter på objektet persepsjon. På denne måten en er i stand til å forholde pre-stimulans hjernen statene til subjektive rapporter om oppfattet objekter. I et laboratoriemiljø, tvetydige bilder som kan tolkes på en av to måter, for eksempel Rubin vase illusjon, gir en optimal sak som gjør det mulig for enkle kontraster i hjernens aktivitet mellom to prøvetyper: de som oppfattes som en måte (for eksempel “ansikt” ) og de som oppfattes som den andre veien (f. eks ‘ vase ‘).
Presentere disse stimuli kort (< 200 MS) sikrer at folk ser og deretter rapportere bare én av de to mulige tolkninger av stimulans på en gitt rettssak. Counterbalancing (tilfeldig vekslende) mellom svart vase/hvite ansikter og hvit vase/svart ansikter versjoner av stimulans på tvers av deltakerne reduserer innflytelsen av lavt nivå stimulans funksjoner på den påfølgende analysen. Presentere en maske umiddelbart etter stimulans hindrer etter-bilder fra forming og avvik deltakernes svar. Fordi analysere perioden etter stimulans utbruddet er ikke av interesse, ingen matchende mellom lav frekvens funksjoner av stimulans og maske er nødvendig. Til slutt, alternerende svarknappene på tvers av deltakere (f. eks, venstre for vase, høyre for ansiktet, eller vice versa) hindrer aktivitet på grunn av motorisk forberedelse fra factoring inn i kontraster.
Gitt oppløsningen til MEG i millisekunder, er et intervall på før stimulans så kort som 1 s tilstrekkelig til å anslå tiltak som Spectral strøm og tilkobling. Gitt den korte varigheten av hver resulterende rettssaken, et stort antall forsøk kan innkvarteres i en eksperimentell økt, noe som sikrer et høyt signal-til-støy-forhold når snitt MEG signaler på tvers av prøvelser.
Spesifikke kategori sensitive områder av interesse har vist å være aktive under objekt oppfatning24,25. For eksempel er FFA allment rapportert å være involvert i ansiktet persepsjon22. For å undersøke virkningene av målt aktivitet som stammer fra spesifikke kilder, kan en kilde-rekonstruere MEG data. For å undersøke forbindelsen mellom kilder, er kilde gjenoppbygging nødvendig. For å forenkle kildedata analyse kan enkelt forsøksdata på kildenivå representeres av «virtuelle sensorer». Ved å representere dataene på denne måten kan én enkelt prøvekilde data analyseres på nøyaktig samme måte i kilde plass og sensor plass (det vil si å bruke de samme analysefunksjonene, for eksempel ved hjelp av fieldtrip verktøykasse). Dette gjør det mulig å teste hypoteser om aktiviteten til bestemte regioner av interesser på en grei måte.
Mens pre-stimulans oscillasjon makt har vist seg å påvirke stimulans deteksjon nær oppfattes terskel (oppfattes vs ikke oppfattes), om det påvirker innholdet av det som er sett er mindre kjent. Her har vi kontrast pre-stimulans oscillasjon makt i FFA mellom prøvelser som folk rapporterte ansikt vs vase, og fant ingen statistiske forskjeller. Vi testet deretter om tilkobling mellom v1 og FFA påvirker den kommende oppfattes rapporten, og fant at ansiktet forsøk ble innledet av forbedrede tilkoblingsmuligheter mellom v1 og FFA i Alpha frekvensområdet rundt 700 MS før stimulans utbruddet. At vi fant ingen effekt i Alpha makt, men i tilkobling i Alpha band, antyder at mens pre-stimulans Alpha makt kan påvirke stimulans deteksjon7,8, det gjør ikke nødvendigvis påvirke objekt kategorisering. Våre resultater viser derfor at for en mer fullstendig forståelse av oscillasjon dynamikk foregående objektet persepsjon og deres påfølgende innflytelse på objektet persepsjon, bare analysere oscillasjon makt i regioner av interesse er ikke tilstrekkelig. Rather, tilkobling mellom regioner av interesse må tas i betraktning, som den pågående svingninger i styrken av disse tilkoblingene kan bias påfølgende oppfatning18. Til slutt, til tross for den mindre-enn-optimale romlige oppløsningen av MEG, viser vår protokoll at man er i stand til å tydelig identifisere regioner av interesse og undersøke deres forhold. MEG kan erstatte Elektroencefalogram (EEG) fordi det gir overlegen romlig oppløsning, og kan erstatte funksjonen MRI fordi den gir overlegen Temporal oppløsning. Derfor er MEG kombinert med kilde rekonstruksjon ideelt egnet til å undersøke raske og lokaliserte nevrale prosesser.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av FWF østerrikske vitenskaps fond, Imaging The Mind: tilkobling og høyere kognitiv funksjon, W 1233-G17 (til E.R.) og European Research Council Grant WIN2CON, ERC StG 283404 (til N.W.). Forfatterne vil gjerne erkjenne støtte fra Nadia Müller-Voggel, Nicholas Peatfield, og Manfred Seifter for bidrag til denne protokollen.
Data analysis sowftware | Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN | NM23321N | Elekta standard data analysis software including MaxFilter release 2.2 |
Data analysis workstation | Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN | NM20998N | MEG recoding PC and software |
Head position coil kit | Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN | NM23880N | 5 Head Position Indicator (HPI) coils |
Neuromag TRIUX | Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN | NM23900N | 306-channel magnetoencephalograph system |
Polhemus Fastrak 3D | Polhemus, VT, USA | 3D head digitization system | |
PROPixx | VPixx Technologies Inc., QC, CANADA | VPX-PRO-5001C | Projector and data acquisition system |
RESPONSEPixx | VPixx Technologies Inc., QC, CANADA | VPX-ACC-4910 | MEG-compatible response collection handheld control pad system |
Screen | VPixx Technologies Inc., QC, CANADA | VPX-ACC-5180 | MEG-compatible rear projection screen with frame and stand |
VacuumSchmelze AK-3 | VacuumSchmelze GmbH & Co. KG, Hanau, GERMANY | NM23122N | Two-layer magnetically-shielded room |
Software | Version | ||
Fieldtrip | Open Source | FTP-181005 | fieldtriptoolbox.org |
Matlab | MathWorks, MA, USA | R2018b | mathworks.com/products/matlab |
Psychophysics Toolbox | Open Source | PTB-3.0.13 | psychtoolbox.org |