Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Neuropsychology

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 
Click here for the English version

תשומת לב חזותית: חקירת fMRI של בקרת קשב מבוססת אובייקט

Overview

מקור: מעבדות של ג'ונאס ט. קפלן ושרה גימבל - אוניברסיטת דרום קליפורניה

מערכת הראייה האנושית מתוחכמת להפליא ומסוגלת לעבד כמויות גדולות של מידע מהר מאוד. עם זאת, היכולת של המוח לעבד מידע אינה משאב בלתי מוגבל. שימו לב, היכולת לעבד באופן סלקטיבי מידע שרלוונטי למטרות הנוכחיות ולהתעלם ממידע שאינו, היא אפוא חלק מהותי מהתפיסה החזותית. היבטים מסוימים של תשומת הלב הם אוטומטיים, בעוד שאחרים כפופים לשליטה מרצון, מודעת. בניסוי זה אנו בוחנים את המנגנונים של שליטה מרצון, או "מלמעלה למטה" על עיבוד חזותי.

ניסוי זה ממנף את הארגון המסודר של קליפת המוח החזותית כדי לבחון כיצד תשומת לב מלמעלה למטה יכולה לווסת באופן סלקטיבי את העיבוד של גירויים חזותיים. אזורים מסוימים של קליפת המוח החזותית נראים מתמחים בעיבוד פריטים חזותיים ספציפיים. באופן ספציפי, עבודה על ידי Kanwisher ואח. 1 זיהה אזור ב gyrus fusiform של האונה הטמפורלית הנחותה כי הוא פעיל יותר באופן משמעותי כאשר הנבדקים להציג פרצופים לעומת כאשר הם מתבוננים אובייקטים נפוצים אחרים. אזור זה נודע בשם אזור הפנים Fusiform (FFA). אזור מוח נוסף, המכונה אזור המקום הפרהיפוקמפלי (PPA), מגיב בעוצמה לבתים ומקומות, אך לא לפנים. 2 בהתחשב בכך שאנו יודעים כיצד אזורים אלה מגיבים לסוגים ספציפיים של גירויים, ניתן לחקור את פעילותם עוד יותר כדי לזהות מרכיב מרכזי של תשומת לב ראייה חזותית.

סרטון וידאו זה מראה כיצד להשתמש ב- fMRI כדי להתאים את ה- FFA וה- PPA למוח, ולאחר מכן בוחן כיצד בקרת קשב מבוססת אובייקט מווסתתת את הפעילות באזורים אלה. השימוש של localizer פונקציונלי כדי להגביל את בדיקות ההשערה הבאות היא טכניקה רבת עוצמה בהדמיה פונקציונלית. המשתתפים יעברו MRI פונקציונלי תוך הצגת תמונה עם תפונת פנים ובית. למרות שגם פנים וגם בית מוצגים בכל גירוי, אנו צופים כי דפוסי הפעילות ב- FFA וב- PPA שלהם ישתנו בהתבסס על הפריט שאליו מטופל. 3

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. גיוס משתתפים

  1. לגייס 20 משתתפים.
    1. המשתתפים צריכים להיות ימניים ואין להם היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות או פסיכולוגיות.
    2. המשתתפים צריכים להיות בעלי ראייה נורמלית או מתוקנת לנורמלית כדי להבטיח שהם יוכלו לראות את הרמזים החזותיים כראוי.
    3. המשתתפים לא צריכים להיות מתכת בגוף שלהם. זוהי דרישת בטיחות חשובה בשל השדה המגנטי הגבוה המעורב fMRI.
    4. המשתתפים לא צריכים לסבול קלסטרופוביה, שכן fMRI דורש שוכב בחלל הקטן של הסורק משעמם.

2. הליכי טרום סריקה

  1. מלא ניירת סריקה מראש.
  2. כאשר המשתתפים מגיעים לסריקת ה- fMRI שלהם, הנחו אותם למלא תחילה טופס מסך מתכת כדי לוודא שאין להם אינדיקציות נגדיות ל- MRI, טופס ממצאים מקריים המעניק הסכמה לסריקה שלהם להיבדק על ידי רדיולוג, טופס הסכמה המפרט את הסיכונים והיתרונות של המחקר.
  3. הכן את המשתתפים להיכנס לסורק על ידי הסרת כל המתכת מגופם, כולל חגורות, ארנקים, טלפונים, קליפסים לשיער, מטבעות וכל התכשיטים.

3. לספק הוראות למשתתף.

  1. אמור למשתתף כי בסורק, הם יראו תמונות של פרצופים ובתים.
  2. עבור ריצות מקומיות ראשוניות, להנחות את המשתתפים כי הם צופים באופן פסיבי פרצופים ובתים.
  3. הסבר למשתתפים כי במשימה פועלת, הם יראו פנים ובית על גבי זה. המשימה שלהם תהיה לשים לב לבית או לפנים, כדלקמן.
    1. כאשר המשימה מתחילה לראשונה, הם יתבקשו באמצעות הוראות טקסט אם לשים לב לבתים או פרצופים.
    2. המשתתפים יהיו ארבע ריצות שבו הם מונחים לשים לב לבתים, וארבע ריצות שבו הם מונחים לשים לב פרצופים.
      1. לוח הזמנים של ריצות פנים ובית יהיה אקראי עבור כל נושא.
  4. להדגיש בפני המשתתף את החשיבות של שמירה על הראש שלהם עדיין לאורך הסריקה.

4. שים את המשתתף בסורק.

  1. תן את אטמי האוזניים של המשתתף כדי להגן על אוזניהם מפני הרעש של הסורק וטלפוני האוזן ללבוש כדי שיוכלו לשמוע את הנסיין במהלך הסריקה, ויש להם לשכב על המיטה עם הראש שלהם ב סליל.
  2. תן למשתתף את כדור סחיטה חירום והנחה אותם לסחוט אותו במקרה חירום במהלך הסריקה.
  3. השתמש רפידות קצף כדי לאבטח את הראש של המשתתפים ב סליל כדי למנוע תנועה עודפת במהלך הסריקה, ולהזכיר למשתתף כי חשוב מאוד להישאר בשקט ככל האפשר במהלך הסריקה, כמו אפילו התנועות הקטנות ביותר לטשטש את התמונות.

5. איסוף נתונים

  1. לאסוף סריקה אנטומית ברזולוציה גבוהה.
  2. התחל בסריקה פונקציונלית.
    1. סנכרן את תחילת מצגת הגירוי עם תחילת הסורק.
    2. הצג תמונות באמצעות מחשב נישא המחובר למקרן. למשתתף יש מראה מעל עיניהם, המשקפת מסך בחלק האחורי של הסורק.
    3. הצג לכל משתתף שתי ריצות מקומיות, שבהן הוא רואה באופן פסיבי בלוקים של פרצופים ובתים. ריצות מקומיות אלה משמשות לזיהוי ה- FFA וה- PPA בכל משתתף בנפרד.
      1. הצג כל סט של פרצופים ובתים בבלוק 30 של, עם 20 s של קיבעון בין בלוקים. הצג כל גירוי עבור 750 ms, ואחריו מרווח בין גירויים של 250 ms, שבו רק צלב קיבעון קיים על המסך. חזור על בלוקים בסדר לסירוגין כדי להשיג חמישה בלוקים של פרצופים וחמישה בלוקים של בתים.
    4. הצג לכל משתתף שמונה ריצות פונקציונליות של משימת הקשב.
      1. התחילו כל ריצה עם פנים ובית על גבי(איור 1)במרכז המסך, והוראה להתחיל בטיפול בפנים או בבית. יעד תשומת הלב הראשוני יהיה אקראי מריצה לריצה.
      2. כל ריצה תכלול 300 זוגות של פרצופים ובתים על גבי. זוגות של פרצופים ובתים חוזרים על עצמם בין ריצות, אבל לא בתוך ריצות.
      3. הצג כל זוג גירויים על-גבי לשניה אחת. בכל שנייה, החליפו את הבית והפנים על גבי הבית והפנים החדשים.

Figure 1
איור 1. גירוי פנים וגירוי הבית על גבי יחד. כל גירוי שהוצג היה פנים ובית על גבי. המשתתף הונחה להתמקד בפנים או בבית.

6. נהלים שלאחר הסריקה

  1. תוציא את המשתתף מהסורק.
  2. לתחקר את המשתתף.

7. ניתוח נתונים

  1. מעבד מראש את הנתונים.
    1. בצע תיקון תנועה כדי להפחית את ממצאי התנועה.
    2. בצע סינון זמני כדי להסיר את הסחף האות.
    3. החלק את הנתונים כדי להגדיל את יחס האות לרעש.
  2. דוגמנו את הנתונים עבור כל משתתף.
    1. צור מודל של התגובה המודינמית הצפויה צריכה להיות עבור כל תנאי משימה (פנים ובתים) בסריקת ה- localizer.
      1. התאם את הנתונים למודל זה, וכתוצאה מכך מפה סטטיסטית, שבה הערך בכל voxel מייצג את המידה שבה voxel היה מעורב במצב המשימה.
      2. זהה את האשכולות עבור כל נושא המתאים ל- FFA ול- PPA בהתבסס על מיקומם האנטומי. ה-FFA יכלול את כל הווקסלים הרצופים בgyrus באמצע fusiform (אשר מגיב באופן משמעותי יותר פרצופים מאשר לבתים) ואת PPA כלל את כל voxels בgyrus parahippocampal שהגיב באופן משמעותי יותר לבתים מאשר פרצופים. כדי להקים אזורי עניין אלה, סף משמעות מינימלית של p < 10-6 שימש עבור כל voxel.
    2. השתמש במסכות FFA ו- PPA של כל אדם כ- ROI כדי לחלץ הפעלות אותות במהלך ארבע ריצות המיקוד על הפנים וארבעת הריצות המוקד על בתים.
      1. כימות שינוי אות אחוזים עבור מיקוד פנים ותנאי מיקוד הבית ב- FFA וב- PPA עבור כל נושא.
  3. בצע ניתוח דו-כיווני של שונות (ANOVA) על ערכי שינוי אות אחוז כדי לבדוק הבדלים בין התנאים. הגורמים במבחן זה הם החזר על ההשקעה (PPA לעומת FFA) ותשומת לב (פרצופים לעומת בתים).

שליטה חזותית קשב מתייחס למצב המכוון שלנו של בחירת מה לשים לב.

אם, למשל, המטרה של הצופה היא לבחור את כל הבצלים במרק שלו, אז הוא לא יכול להבחין בזבוב כי הוא מסתחרר על.

אף-על-פי ששניהם היו מקריים, פריט המיקוד – הבצלים – בלט בשל מטרתו של הפרט. זוהי דוגמה לבקרת קשב מבוססת אובייקט.

באופן מעניין, המוח – וקליפת המוח החזותית, בפרט – יכולים לעבד את האובייקטים בנפרד. אבל זה האובייקט שנכח כי מקבל הפעלה חזקה יותר באזור העיבוד המיוחד המשויך שלה.

באמצעות הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית, fMRI ושיטות שפותחו במקור על ידי ננסי קנווישר ועמיתיה, וידאו זה מדגים כיצד לאתר אזורי מוח ייעודיים המעבדים אובייקטים מסוימים.

אנו גם נחקור כיצד שליטה קשב מווסתת פעילות עצבית באותם אזורים באמצעות ניתוח מבוסס voxel, ואפילו לדון כיצד אימון תשומת לב יכול לשפר את היכולת לשלוט בתשומת לב לאורך זמן.

בניסוי זה, המשתתפים שוכבים בסורק fMRI ומוצגים תמונות של פרצופים ובתים בשני שלבים שונים: צפייה פסיבית ו- על גבי.

במהלך השלב הראשון, הם מתבקשים פשוט להתבונן בתמונות אחד בכל פעם בעיצוב בלוק, כלומר, מספר פרצופים מוצגים ואחריו רצף של בתים. סוג זה של צפייה משמש לוקליזציה של הפעילות בתוך אזורים ספציפיים של עניין.

לדוגמה, אזור הפנים fusiform, FFA, הוכח להיות פעיל יותר כאשר אנשים להציג פרצופים לעומת אובייקטים נפוצים אחרים, ואילו אזור המקום parahippocampal, PPA בקיצור, מגיב יותר חזק לבתים ומקומות ולא פרצופים.

בהתחשב בכך שאזורים אלה מגיבים לסוגים מסוימים של גירויים, הדפוסים של פעילות מבוססת voxel - או אזורים המייצגים רמה מסוימת של הפעלה - צפויים להשתנות, בהתאם לתמונות המוצגות.

ציפיות כאלה מגדירות את השלב השני, שבו מוצגות תמונות על גבי פנים ובית. במהלך מספר ניסויים, המשתתפים מתבקשים לשים לב רק לאחד הפריטים בכל פעם, ולכן, חייבים להחליף את המיקוד שלהם בין הבית או הפנים.

במקרה זה, המשתנה התלוי הוא כמות ההפעלה שנרשמה על-פני תנאי תמונה, שניתן להמיר לגודל של שינוי האות כדי לבחון את השונות בהפעלה מבלוקים בסיסיים לממוקדים בפנים ואלה שבמרכזם הבית.

למרות ששתי התמונות מוצגות באופן מובחר, הוא צפוי כי דפוסי הפעילות ב- FFA וב- PPA של המשתתף ישתנו, בהתבסס על הפריט הספציפי בו הם טיפלו. תוצאות כאלה ידגישו שליטה מבוססת אובייקטים.

לאחר גיוס המשתתפים למחקר זה, ברכו אותם במעבדה וודאו כי הם עומדים בדרישות הבטיחות כשהם משלימים את טפסי ההסכמה הדרושים. אנא עיינו בפרויקט fMRI אחר באוסף זה לקבלת פרטים נוספים על אופן הכנת אנשים להיכנס לחדר הסריקה והדמיה נשא.

כאשר המשתתף כעת בסורק, הסבר את הוראות המשימה: תחילה עליהם להציג באופן פסיבי מספר תמונות על המסך. במהלך השלב השני, הוראות הטקסט יבקשו מהם לשים לב לבית או לפנים כאשר הם מופיעים על גבי.

בהתאם להוראות אלה, התחל את פרוטוקול הסריקה על ידי איסוף תחילה סריקה אנטומית ברזולוציה גבוהה.

לאחר מכן, הפעל את החלק הפונקציונלי עם שתי ריצות מקומיות, שבהן המשתתפים צפייה באופן פסיבי בתמונות בבלוקים של 30 שניות. לדוגמה, במקטע הראשון, פרצופי תצוגה, כל אחד עבור 750 אלפיות השנייה, וצלב קיבעון בין, במהלך מרווח בין-גירוי, או ISI, של 250 אלפיות השנייה.

בסוף כל בלוק, להציג את צלב הקיבעון עבור 20 s לפני לסירוגין את סדרת התמונות, אשר צריך עכשיו להיות בתים. שים לב שרצף זה חוזר על עצמו עם תמונות שונות חמש פעמים, ובסך הכל 10 בלוקים בתוך ריצה אחת.

לאחר מכן, המשך עם שמונה ריצות פונקציונליות של משימת בקרת הקשב. במהלך שלב זה, להנחות את המשתתפים איזה אובייקט לטפל באמצעות טקסט על המסך, ולאחר מכן מחזור פנים על גבי בית כל שנייה, עם כל ריצה המכילה 300 תמונות על גבי.

כדי לסיים את המחקר, הוציאו את המשתתף מהסורק ותחקרו אותו.

כדי לקדם את הנתונים, בצע תיקון תנועה כדי להפחית את ממצאי התנועה, סינון זמני להסרת סחף אותות והחלקה מרחבית כדי להגדיל את יחס האות לרעש.

לאחר מכן, צור מודל ליניארי כללי המבוסס על התגובה המודינמית הצפויה צריכה להיות עבור כל תנאי משימה, פנים או בתים, בסריקת הלוקליזציה.

צור מפה סטטיסטית על-ידי התאמת הנתונים למודל זה, שבו הערך בכל voxel מייצג את המידה שבה הוא היה מעורב במצב המשימה.

בהתבסס על אזורי העניין, זהה אשכולות עבור כל נושא עם סף סטטיסטי מינימלי עבור כל voxel שהגיב או פרצופים או בתים.

באופן ספציפי, להתמקד FFA, באמצע fusiform gyrus, אשר מגיב באופן משמעותי יותר פרצופים מאשר לבתים, כמו גם PPA, הכולל את כל voxels gyrus parahippocampal שמגיב באופן משמעותי יותר לבתים מאשר פרצופים.

לאחר מכן, לכמת ולגרף את אחוז שינוי האות עבור תנאים ממוקדי פנים ובית ב- FFA וב- PPA עבור כל נושא.

במהלך שלב המקומי, שימו לב כי ה-FFA הדו-צדדי היה פעיל יותר כאשר הנבדקים צפו בפנים בהשוואה לבתים. לעומת זאת, PPA היה פעיל יותר כאשר הנבדקים הבחינו בתים לעומת פרצופים.

כעת, מהריצות התפקודיות, השתמש באותו מדד – אחוז שינוי אות – שנוי כנגד אזורי המוח.

כאשר הפנים טופלו, פעילות מוגברת נמצאה ב- FFA, אך לא PPA. לעומת זאת, כאשר הבית התמקד, פעילות מוגברת התרחשה PPA אבל לא FFA. ממצאים אלה מצביעים על כך שפעילות עצבית מווסתת, בהתאם לפריט שבו מטופל.

כעת, כאשר אתם מכירים כיצד להשתמש בהדמיה מוחית תפקודית כדי לחקור שליטה מבוססת אובייקטים, בואו נראה כיצד חוקרים חוקרים סוגים אחרים של עיבוד קשב.

בנוסף להתמקדות בתמונות חזותיות סטטיות, החוקרים מתעניינים גם באופן שבו פעילות המוח מווסתת כאשר אנשים מטפלים באובייקטים נעים – רלוונטי במיוחד להפעלת רכב ממונע ולהימנעות מתאונות.

לדוגמה, אם נאמר לנהג להיזהר מתנועה – כמו כלב שחוצה את הכביש – התנועה עצמה תמשוך את תשומת ליבם; עם זאת, ייתכן שהם לא זוכרים פרטים מזהים אחרים על הכלב. אחרי הכל, חשוב יותר להימנע מטרגדיה מאשר לזכור צבע פרווה.

תרגול נוסף, תשומת לב, משלב אלמנטים מרכזיים של מיתוג תשומת לב, על ידי עידוד מיקוד פיקח הרחק ממחשבות מלחיץ יותר. תוך כדי עיסוק במדיטציה בהנחיית מדריכים, אנשים הוכחו כמשפרים את יכולתם לשלוט בתשומת הלב, במיוחד הרחק מהשקפות שליליות.

עם זאת, עבור אנשים עם הפרעות חרדה, כולל מתח פוסט טראומטי, שליטה קשב קשה יותר. כלומר, הם מוטים כלפי גירויים שליליים רגשית, כמו אירועים טרגיים בחדשות, ולא סיפורים ניטרליים.

שליטה לקויה כל כך בקשב הופכת אותם לפגיעים יותר להשפעות של תמונות מאיימות – הנצחת מצבים שהם לא מצליחים לצאת מדעתם.

הרגע צפית בסרטון של ג'וב על איך תשומת לב מווסתת פעילות עצבית. עכשיו אתה צריך להבין היטב כיצד לעצב ולערוך ניסוי בקרת קשב באמצעות דימות מוחי פונקציונלי, ולבסוף כיצד לנתח ולפרש דפוסים ספציפיים של פעילות מוחית הקשורים לתשומת לב מבוססת אובייקט.

תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

בסריקות המקומיות, FFA דו-צדדי היה פעיל יותר כאשר הנבדקים צפו בפנים מאשר כאשר הם צפו בבתים. לעומת זאת, ה-PPA היה פעיל יותר כאשר הנבדקים צפו בבתים מאשר כאשר צפו בפנים(איור 2). אזורים אלה, המותאמים לשפות מקומיות באמצעות סריקות עיצוב הבלוק, שימשו מאוחר יותר כאזורים בעלי עניין כדי לחלץ אותות הקשורים להסטת תשומת הלב לפנים ולבתים במהלך הריצות הפונקציונליות.

Figure 2
איור 2. מקומי לאזור הפנים Fusiform (FFA) ואזור המקום Parahippocampal (PPA). דוגמה של לוקליזציה של נושא יחיד של ה- FFA במהלך בלוקים של פרצופי צפייה ו- PPA במהלך בלוקים של בתי צפייה (למעלה). האות ב- FFA הוגבר במהלך בלוקים של פרצופים אך לא בתים (כחולים), והאות ב- PPA הוגדל במהלך בלוקים של בתים אך לא פרצופים (ירוק).

במהלך ריצות פונקציונליות, שבהן המשתתפים ראו בו זמנית פנים ובית בשדה הראייה הישיר שלהם, הווסתנה הפעילות ב- FFA וב- PPA בהתבסס על הפריט שבו נכח. כאשר תשומת הלב הייתה על הפנים, הייתה פעילות מוגברת ב- FFA, אך לא PPA. לעומת זאת, כאשר תשומת הלב הייתה על הבית, הייתה פעילות מוגברת ב- PPA אך לא ב- FFA (איור 3).

Figure 3
איור 3. הפעלה באזור הפנים של Fusiform (FFA) ובאזור המקום הפרהיפוקמפלי (PPA) במהלך משימת החלפת תשומת לב. כאשר תשומת הלב הייתה על הבית (ירוק), PPA הראה הפעלה מוגברת בעוד FFA לא. הפוך, כאשר המוקד היה על הפנים (כחול), FFA הראה הפעלה מוגברת בעוד PPA לא.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

השימוש בסריקות לוקליזציה הוא כלי רב עוצמה לדימות מוחי קוגניטיבי ויש לו כמה יתרונות ברורים על פני הדמיה מוחית שלמה. על ידי מיקוד השערה על מספר קטן של מיקומים ספציפיים שיש להם תכונות תגובה ידועות, אנו יכולים ליצור תחזיות ספציפיות מאוד עם כוח סטטיסטי גבוה. מחקרי דימות מוחי שלם חייבים לשלוט בעשרות אלפי הבדיקות הסטטיסטיות המבוצעות בכל מקום במוח, תהליך שמפחית את הכוח הסטטיסטי. כמו כן, הגדרת אזורים אלה בהתבסס על המאפיינים הפונקציונליים שלהם בכל אדם ממזערת את הבעיות המוצגות על ידי הבדלים בודדים בנוירואנטומיה.

בדוגמה זו, בנינו על התגובות המיוחדות הספציפיות לגירוי באזורים תת-אזוריים של קליפת המוח החזותית כדי להבין כיצד תהליך קוגניטיבי כללי יותר, תשומת לב מלמעלה למטה, יכול להשפיע על תהליכים תפיסתיים. למרות הגירוי על הרשתית היה זהה עבור כל פריט מצגת, פעילות קליפת המוח השתנה על סמך איזה גירוי היה נוכח. זה מדגים כי תשומת לב מלמעלה למטה יש פוטנציאל להגיע למטה לתוך קליפת המוח החושית ברמה נמוכה כדי לווסת את אופן עיבוד המידע. הבנה מלאה יותר של האופן שבו תשומת לב מווסתת הפעלה במוח יכול להוביל להתקדמות בטיפולים והתערבויות להפרעות הקשורות קשב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter