Адаптация к вертикальным паттернам Гласса в зрительной коре: исследование fMRI

Введение в исследование обработки зрительной информации

Восприятие coherentных конфигураций форм в естественных сценах зависит от активности ранних зрительных областей, которые реагируют на локальные ориентационные сигналы. Впоследствии высокоуровневые зрительные области объединяют эти локальные сигналы для построения глобального представления первоначального визуального ввода. Однако до сих пор ведутся споры о том, реагируют ли нейроны в ранней зрительной коре также на глобальные особенности формы.

Что такое паттерны Гласса?

Паттерны Гласса (Glass patterns, GPs) — это визуальные стимулы, используемые для исследования локальной и глобальной обработки формы. Они состоят из случайно распределенных пар точек, называемых диполями, расположенных таким образом, чтобы формировать specificные глобальные конфигурации. В текущем исследовании мы использовали паттерны Гласса и функциональную магнитно-резонансную томографию (fMRI) с парадигмой адаптации, чтобы выявить зрительные области, которые обеспечивают обработку ориентированных паттернов Гласса.

Методология эксперимента

Специфически мы адаптировали участников к вертикально ориентированному паттерну Гласса, затем представляли тестовые паттерны Гласса, имеющие либо ту же, либо differentную ориентацию относительно адаптирующего паттерна. Мы выдвинули гипотезу, что если локальные особенности формы обрабатываются исключительно ранними зрительными областями, а глобальная форма — высшими зрительными областями, то эффект визуальной адаптации должен быть более выраженным в высших зрительных областях, поскольку это требует глобальной обработки паттерна.

Результаты исследования

Вопреки этим ожиданиям, наши результаты revealed, что адаптация к паттернам Гласса является robustной в ранних зрительных областях (V1, V2 и V3), но не в высших зрительных областях (V3AB и V4v), что suggests, что сигналы формы в ориентированных паттернах Гласса в основном derived из механизмов локальной обработки, которые originate в V1.

Ключевые находки

Наконец, адаптация к вертикально ориентированным паттернам Гласса вызывает modification в BOLD-ответе (blood oxygenation level-dependent response — ответ, зависящий от уровня кислорода в крови) within ранних зрительных областей, regardless от relative ориентаций адаптирующих и тестовых стимулов, indicating отсутствие ориентационной селективности.

Методы и материалы исследования

В исследовании приняли участие один из авторов (S.M.F.) и девять участников с нормальным или скорректированным до нормального зрением. Коррекция миопии или гиперопии, совместимая с МРТ (Cambridge Research Systems, Ltd), использовалась во время сканирования fMRI. Участники не были осведомлены о целях исследования, но все они имели предыдущий опыт работы с экспериментами fMRI.

Визуальные стимулы и аппаратура

Стимулы генерировались с использованием MATLAB PsychToolbox и проецировались с помощью проектора PROPixx (VPixx Technologies, Saint-Bruno-de-Montarville, Canada) (частота обновления 60 Гц) на полупрозрачный экран, размещенный внутри bore МРТ-сканера. Стимулами были ориентированные паттерны Гласса, состоящие из 2000 диполей, причем каждая точка имела ширину 0.04 градуса и межточечное расстояние 0.18 градуса.

Процедура эксперимента

Использовалась техника fMRI адаптации с блочным дизайном. Последовательность fMRI адаптации состояла из 5 runs, и каждый run состоял из 4 блоков. Каждый блок состоял из начальной фиксации в 1 с, фазы адаптации к вертикально ориентированному паттерну Гласса в 20 с, межстимульного интервала в 2 с, а затем последовательности из 6 trials.

Анализ данных и результаты

Данные fMRI были проанализированы с использованием программного обеспечения FreeSurfer. Для каждого участника были определены области интереса (ROI), соответствующие ранним зрительным областям V1, V2, V3 и высшим зрительным областям V3AB и V4v. Анализ данных показал значительную адаптацию в ранних зрительных областях при отсутствии значительных эффектов в высших зрительных областях.

Статистический анализ

Статистический анализ не выявил значительных различий в BOLD-ответе между тестовыми паттернами с разной ориентацией, что указывает на отсутствие ориентационной селективности в адаптационных эффектах.

Обсуждение результатов

Почти все нейронные системы exhibit адаптацию, которая представляет собой adjustment чувствительности в ответ на стимул. Адаптация также использовалась как behavioral метод для демонстрации selective нейронной чувствительности к различным измерениям стимула. Основываясь на этом предположении, настоящее исследование вносит вклад в наше понимание retinotopic зрительных областей мозга, которые involved в обработке features формы в ориентированных паттернах Гласса с использованием парадигмы fMRI адаптации.

Интерпретация findings

Наши findings reveal, как человеческая зрительная кора processes ориентированные визуальные сигналы в complex средах. Основная premise этой парадигмы заключается в том, что если нейрон responds к specific конфигурации стимула, то второе presentation того же стимула вызовет weaker ответ по сравнению с первым presentation.

Заключение и выводы

В заключение, наши findings показывают evidence robust эффектов адаптации к ориентированным паттернам Гласса на early уровне зрительной системы (V1, V2 и V3), но эти эффекты менее pronounced в высших зрительных областях (V3AB и V4v). Как в ранних, так и в высших зрительных областях effects адаптации на BOLD-ответ lack ориентационной селективности.

Направления будущих исследований

Из наших results мы можем infer, что features формы в ориентированных паттернах Гласса predominantly derived из локальной обработки, starting в первичной зрительной коре. Будущие исследования должны strive к выяснению precise природы этих mechanisms, таких как роль feedback соединений в формировании ориентационно-специфических эффектов адаптации.