В этой статье описывается, как настроить эксперимент, который позволяет обнаруживать до стимула исходного уровня влияния на восприятие объекта с помощью магнитоэнцефалографии (MEG). Она охватывает стимулматериала материал, экспериментальный дизайн, meG записи, и анализ данных.
Предстимулирующая колеблящее сяплетивие активности мозга влияет на предстоящее восприятие. Характеристики этой деятельности до стимулирования могут предсказать, будет ли почти порог стимул воспринимается или не воспринимается, но они могут также предсказать, какой из двух конкурирующих стимулов с различным содержанием восприятия воспринимается? Неоднозначные визуальные стимулы, которые можно увидеть одним из двух возможных способов одновременно, идеально подходят для изучения этого вопроса. Магнецефалография (МЭГ) является нейрофизиологической техники измерения, которая записывает магнитные сигналы, испускаемые в результате деятельности мозга. Миллисекундное временное разрешение МЭГ позволяет охарактеризовать колеблящееся состояния мозга всего за 1 секунду записанных данных. Представляя пустой экран около 1 секунды до неоднозначного начала стимула поэтому обеспечивает временное окно, в котором можно исследовать ли до стимула осцилляторной деятельности смещения содержание предстоящего восприятия, как указано на участников Отчеты. Пространственное разрешение МЭГ не является превосходным, но достаточным для локализации источников мозговой активности в сантиметровом масштабе. Затем реконструкция источника деятельности МЭГ позволяет проверить гипотезы о колебательной активности конкретных регионов, представляющих интерес, а также своевременно-и частотно-разрешенной связи между интересуемыми регионами. Описанный протокол позволяет лучше понять влияние спонтанной, текущей активности мозга на зрительное восприятие.
Мозг государства, предшествующие стимулы презентации влияют на то, как стимулы воспринимаются, а также нейронных реакций, связанных с восприятием1,2,3,4. Например, когда стимул представлен с интенсивностью, близкой к порогу восприятия (около порога), предстимулирующая нервная колебля, фаза и связь могут повлиять на то, будет ли предстоящий стимул восприниматься или не восприниматься5 ,6,7,8,9,10. Эти предстимулирующие сигналы могут также влиять на другие аспекты восприятия, такие как содержание объектов восприятия.
Представление людей с неоднозначным изображением, которое может быть интерпретировано одним из двух способов является идеальным способом зондирования восприятия объекта11. Это потому, что субъективное содержание восприятия может быть одним из двух объектов, в то время как фактический стимул остается неизменным. Поэтому можно оценить различия в записанных сигналов мозга между испытаниями, на которых люди сообщили, воспринимая один по сравнению с другими возможными интерпретации стимула. Учитывая доклады, можно также исследовать, были ли какие-либо различия в состояниях мозга до начала стимула.
Магнеоэнцефалография (MEG) является функциональным методом нейровизуализации, который фиксирует магнитные поля, производимые электрическими токами в головном мозге. В то время как зависимые (BOLD) реакции уровня крови (BOLD) разрешаются в сроки секунд, MEG обеспечивает миллисекундное разрешение и, следовательно, позволяет исследовать механизмы мозга, которые происходят в очень быстрых временных масштабах. Связанное с этим преимущество мЭГ заключается в том, что он позволяет охарактеризовать состояния мозга из коротких периодов записанных данных, то есть экспериментальные испытания могут быть сокращены таким образом, что многие испытания вписываются в экспериментальную сессию. Кроме того, MEG позволяет проводить анализ частотных доменов, которые могут выявлять осколочно-колеотительную активность.
В дополнение к высокому временному разрешению, MEG предлагает хорошее пространственное разрешение. С методами реконструкции источника12, одно может проецировать данные датчика-уровня к космосу источника. Это позволяет проверить гипотезы о деятельности указанных регионов интересов. Наконец, в то время как сигналы в сенсорном пространстве сильно коррелируются и поэтому связь между датчиками не может быть точно оценена, реконструкция источника позволяет оценить связь между регионами, представляющими интерес, поскольку она снижает корреляции между исходными сигналами13. Эти оценки подключения могут быть решены как в области времени, так и в области частоты.
Учитывая эти преимущества, МЭГ идеально подходит для изучения воздействия до стимулов на восприятие объектов в конкретных регионах, представляющих интерес. В настоящем докладе мы проиллюстрируем, как разработать такой эксперимент и настройку приобретения МЭГ, а также как применять реконструкцию источников и оценивать колебательную активность и подключение.
Представление уникального стимула, который может быть истолкован как несколько объектов с течением времени, но как только один объект в любой момент времени, позволяет исследовать достимулирующее воздействие на восприятие объекта. Таким образом, можно связать предстимулирующие состояния мозга с субъективными отчетами о воспринимаемых объектах. В лабораторных условиях неоднозначные изображения, которые могут быть интерпретированы одним из двух способов, таких как иллюзия вазы Рубина, обеспечивают оптимальный случай, который позволяет напрямую контрастировать активность мозга между двумя типами испытаний: те, которые воспринимаются в одну сторону (например, “лицо” ) и те, воспринимается в другую сторону (например, “ваза”).
Представление этих стимулов кратко (Злт;200 мс) гарантирует, что люди видят и впоследствии сообщают только об одном из двух возможных толкований стимула на данном судебном разбирательстве. Контрбалансирование (случайно чередующееся) между черной вазой/белыми лицами и белыми версиями ваза/черных лиц стимула между участниками уменьшает влияние низкоуровневых стимулирующих функций на последующий анализ. Представление маски сразу после стимула предотвращает после изображения от формирования и смещения ответов участников. Потому что анализ периода после начала стимула не представляет интереса, не требуется соответствие между низкочастотными функциями стимула и маски. Наконец, чередование кнопок отклика между участниками (например, слева от вазы, справа от лица или наоборот) предотвращает активность из-за двигательной подготовки от факторинга в контрасты.
Учитывая миллисекундное разрешение МЭГ, интервал до стимула, столь же короткий, как 1 с, достаточен для оценки таких показателей, как спектральная мощность и подключение. Учитывая короткую продолжительность каждого результирующего испытания, большое количество испытаний может быть размещено в экспериментальной сессии, обеспечивая высокое соотношение сигнала к шуму при усреднении сигналов MEG через испытания.
Конкретные чувствительные к категориям области, представляющие интерес, оказались активными во время восприятия объекта24,25. Например, FFA широко сообщается, что участвует в восприятии лица22. Для изучения влияния измеренной активности, вытекающей из конкретных источников, можно реконструировать данные МЭГ. Для изучения связи между источниками необходима реконструкция источника. Для облегчения анализа исходных данных данные на уровне одного истоков могут быть представлены «виртуальными датчиками». Представление данных таким образом позволяет анализировать однопробные исходные данные точно так же в исходном пространстве и пространстве датчиков (т.е. используя те же функции анализа, например, используя инструментарий Fieldtrip). Это позволяет просто проверять гипотезы о деятельности указанных регионов интересов.
В то время как до стимула колеблявласть власти было показано, влиять на обнаружение стимулов вблизи порога восприятия (воспринимаемое против не воспринимается), независимо от того, влияет ли это на содержание того, что видел менее известны. Здесь мы противопоставили достимулирующей колеблющейся власти в FFA между испытаниями, на которых люди сообщили лицо против вазы, и не нашли статистических различий. Впоследствии мы проверили ли связь между V1 и FFA влияет на предстоящий отчет восприятия, и обнаружили, что лицо испытаний предшествовали расширение связи между V1 и FFA в диапазоне альфа-частоты около 700 мс до начала стимула. То, что мы не нашли никакого эффекта в альфа-силе, а скорее вподключении в альфа-диапазоне, предполагает, что в то время как достимул альфа-сила может повлиять на обнаружение стимулов 7,8,это не обязательно влияет на категоризацию объектов. Поэтому наши результаты показывают, что для более полного понимания колеблющейся динамики, предшествующей восприятию объекта и их последующего влияния на восприятие объекта, недостаточно просто анализировать колебательную силу в регионах, представляющих интерес. Скорее, связь между регионами интересов должны быть приняты во внимание, как текущие колебания в силе этих связей может смещения последующего восприятия18. Наконец, несмотря на менее чем оптимальное пространственное разрешение МЭГ, наш протокол демонстрирует, что человек способен четко определить регионы, представляющие интерес, и исследовать их взаимосвязь. MEG может заменять электроэнцефалографию (ЭЭГ), потому что она предлагает превосходное пространственное разрешение, и может заменять функцию МРТ, потому что она предлагает превосходное временное разрешение. Поэтому MEG в сочетании с реконструкцией источника идеально подходит для исследования быстрых и локализованных нейронных процессов.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана FWF Австрийский научный фонд, Imaging Mind: Связь и высшие когнитивные функции, W 1233-G17 (в Е.Р.) и Европейский исследовательский совет Грант WIN2CON, ERC StG 283404 (в N.W.). Авторы хотели бы отметить поддержку Нади Мюллер-Воггель, Николаса Питфилда и Манфреда Сейфтера за вклад в этот протокол.
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 |