توضح هذه المقالة كيفية إعداد تجربة تسمح بالكشف عن تأثيرات مستوى المصدر قبل التحفيز على إدراك الكائن باستخدام تخطيط الدماغ المغناطيسي (MEG). وهو يغطي المواد التحفيزية، والتصميم التجريبي، وتسجيل MEG، وتحليل البيانات.
قبل التحفيز نشاط الدماغ المذبذب يؤثر على الإدراك المقبل. ويمكن لخصائص هذا النشاط قبل التحفيز التنبؤ بما إذا كان سيتم تصور حافز قريب من العتبة أم لا، ولكن هل يمكن أيضا التنبؤ بأي من المحفزات المتنافسة ذات المحتويات الإدراكية المختلفة؟ المحفزات البصرية الغامضة، والتي يمكن رؤيتها بإحدى طريقتين ممكنتين في كل مرة، هي مناسبة بشكل مثالي للتحقيق في هذه المسألة. التصوير المغناطيسي للدماغ (MEG) هو تقنية قياس عصبية فسيولوجية تسجل الإشارات المغناطيسية المنبعثة نتيجة لنشاط الدماغ. يسمح الاستبانة الزمنية للميلي ثانية من MEG لتوصيف حالات الدماغ المذبذب من أقل من 1 ثانية من البيانات المسجلة. تقديم شاشة فارغة حوالي 1 ثانية قبل ظهور التحفيز غامضة وبالتالي يوفر نافذة زمنية يمكن للمرء أن يحقق في ما إذا كان النشاط المذبذب قبل التحفيز التحيزات محتوى التصور المقبل، كما هو مبين من قبل المشاركين التقارير. الاستبانة المكانية لـ MEG ليست ممتازة، ولكنها كافية لتوطين مصادر نشاط الدماغ على مقياس سنتيمتر. ثم يسمح إعادة بناء المصدر لنشاط MEG باختبار فرضيات حول النشاط المذبذب لمناطق محددة ذات أهمية، فضلاً عن الاتصال بالوقت والتردد بين المناطق ذات الأهمية. البروتوكول الموصوف يتيح فهم أفضل لتأثير النشاط الدماغي التلقائي والمستمر على الإدراك البصري.
حالات الدماغ السابقة عرض المحفزات تؤثر على الطريقة التي ينظر بها المحفزات وكذلك الاستجابات العصبية المرتبطة التصور1،2،3،4. على سبيل المثال، عندما يتم تقديم التحفيز مع كثافة قريبة من عتبة الإدراك (بالقرب من العتبة)، يمكن أن تؤثر القوة التذبذبية العصبية قبل التحفيز، والمرحلة، والاتصال على ما إذا كان سيتم تصور التحفيز القادم أو لا ينظر إليه5 ،6،7،8،9،10. ويمكن لإشارات ما قبل التحفيز هذه أن تؤثر أيضاً على جوانب أخرى من الإدراك، مثل محتوى الأجسام الإدراكية.
تقديم الناس مع صورة غامضة والتي يمكن تفسيرها في واحدة من طريقتين هو وسيلة مثالية للتحقيق في تصور الكائن11. ويرجع ذلك إلى أن المحتوى الذاتي للإدراك يمكن أن يكون واحدا من كائنين، في حين أن التحفيز الفعلي لا يزال دون تغيير. وبالتالي يمكن للمرء أن يقيم الاختلافات في إشارات الدماغ المسجلة بين التجارب التي أبلغ الناس عن إدراك واحد مقابل التفسير الممكن الآخر للتحفيز. وبالنظر إلى التقارير، يمكن للمرء أيضا التحقيق في ما إذا كانت هناك أي اختلافات في حالات الدماغ قبل ظهور التحفيز.
التصوير المغناطيسي للدماغ (MEG) هو تقنية تصوير عصبي وظيفية تسجل المجالات المغناطيسية التي تنتجها التيارات الكهربائية في الدماغ. في حين أن مستوى الأوكسجين في الدم تعتمد (BOLD) الاستجابات حل في مقياس زمني من ثانية, MEG يوفر قرار ميلي ثانية، وبالتالي يسمح التحقيق في آليات الدماغ التي تحدث في جداول زمنية سريعة جدا. ميزة ذات صلة من MEG هو أنه يسمح بتوصيف حالات الدماغ من فترات قصيرة من البيانات المسجلة، وهذا يعني يمكن تقصير التجارب التجريبية بحيث العديد من التجارب تناسب دورة تجريبية. وعلاوة على ذلك، تسمح MEG بإجراء تحليلات لمجال التردد يمكن أن تكشف عن نشاط متذبذب.
بالإضافة إلى الدقة الزمنية العالية، تقدم MEG دقة مكانية جيدة. مع مصدر إعادة إنشاء تقنيات12، يمكن للمرء أن مشروع البيانات على مستوى الاستشعار إلى مصدر الفضاء. ثم يتيح هذا اختبار فرضيات حول نشاط مناطق محددة من المصالح. وأخيرا، في حين أن الإشارات في الفضاء الاستشعار مترابطة للغاية، وبالتالي لا يمكن تقييم الاتصال بين أجهزة الاستشعار بدقة، وإعادة بناء المصدر يسمح لتقييم الاتصال بين المناطق ذات الأهمية لأنه يقلل من الارتباطات بين إشارات المصدر13. ويمكن حل تقديرات الاتصال هذه في كل من مجالات الوقت والتردد.
وبالنظر إلى هذه المزايا، فإن MEG مناسبة بشكل مثالي للتحقيق في آثار التحفيز المسبق على إدراك الأجسام في مناطق محددة ذات أهمية. وسوف نوضح في هذا التقرير كيفية تصميم مثل هذه التجربة والإعداد لاقتناء MEG، فضلا عن كيفية تطبيق إعادة بناء المصادر وتقييم النشاط المذبذب والاتصال.
تقديم حافز فريد يمكن تفسيره على أنه أكثر من كائن واحد مع مرور الوقت، ولكن ككائن واحد فقط في أي وقت من الأوقات، يسمح بالتحقيق في آثار ما قبل التحفيز على إدراك الكائن. في هذا طريق واحدة يمكن أن يربط [بر-وونك] دماغ حالات إلى تقارير ذاتيّة من ال يتصوّر أشياء. في بيئة المختبر، توفر الصور الغامضة التي يمكن تفسيرها بإحدى طريقتين، مثل وهم زهرية روبن، حالة مثالية تسمح بتباينات مباشرة في نشاط الدماغ بين نوعين من التجارب: تلك المتصورة بطريقة واحدة (على سبيل المثال، “الوجه” ) وتلك التي ينظر إليها في الاتجاه الآخر (على سبيل المثال، ‘زهرية’).
إن تقديم هذه المحفزات بإيجاز (<200 مللي ثانية) يضمن أن يرى الناس واحدًا فقط من التفسيرين المحتملين للحافز في محاكمة معينة، وأن يبلغوا عن ذلك. موازنة (بالتناوب عشوائيا) بين المزهرية السوداء / وجوه بيضاء وزهرية بيضاء / وجوه سوداء إصدارات التحفيز عبر المشاركين يقلل من تأثير ميزات التحفيز منخفضة المستوى على التحليل اللاحق. تقديم قناع مباشرة بعد التحفيز يمنع الصور اللاحقة من تشكيل وتحيز ردود المشاركين. لأن تحليل الفترة بعد بداية التحفيز ليست ذات فائدة، لا حاجة إلى مطابقة بين ميزات التردد المنخفض للتحفيز والقناع. وأخيراً، فإن تناوب أزرار الاستجابة عبر المشاركين (على سبيل المثال، اليسار للإناء، والحق في الوجه، أو العكس بالعكس) يمنع النشاط بسبب إعداد المحرك من العوملة في التناقضات.
وبالنظر إلى دقة الملي ثانية من MEG، فإن فترة ما قبل التحفيز التي لا تقل عن 1 ثانية كافية لتقدير مقاييس مثل القدرة الطيفية والاتصال. وبالنظر إلى قصر مدة كل تجربة ناتجة عن ذلك، يمكن استيعاب عدد كبير من التجارب في جلسة تجريبية، مما يضمن نسبة عالية من الإشارة إلى الضوضاء عند متوسط إشارات MEG عبر التجارب.
وقد ثبت أن المناطق الحساسة للفئات المحددة ذات الأهمية نشطة أثناء تصور الكائن24و25 . فعلى سبيل المثال، تفيد التقارير على نطاق واسع بأن وكالة مصائد الأسماك تشارك في تصور الوجه22. وللتحقيق في آثار النشاط المقاس الناجم عن مصادر محددة، يمكن للمرء أن يعيد بناء بيانات MEG. وللتحقيق في الربط بين المصادر، من الضروري إعادة بناء المصادر. ولتيسير تحليل البيانات المصدرية، يمكن تمثيل البيانات ذات المستوى المصدر أحادي التجربة بـ “أجهزة استشعار افتراضية”. تمثيل البيانات بهذه الطريقة يمكّن المرء من تحليل بيانات مصدر تجربة واحدة بنفس الطريقة بالضبط في مساحة المصدر ومساحة أجهزة الاستشعار (أي باستخدام نفس وظائف التحليل، على سبيل المثال باستخدام مربع أدوات Fieldtrip). ثم يتيح هذا اختبار الفرضيات حول نشاط مناطق محددة من المصالح بطريقة مباشرة.
في حين ثبت أن قوة ما قبل التحفيز المذبذب ة تؤثر على الكشف عن التحفيز بالقرب من العتبة الإدراكية (المتصورة مقابل غير المتصورة)، ما إذا كان يؤثر على محتوى ما ينظر إليه هو أقل شهرة. هنا قارنا قوة ما قبل التحفيز المذبذب في FFA بين التجارب التي أبلغ الناس الوجه مقابل زهرية، ولم نجد أي اختلافات إحصائية. اختبرنا في وقت لاحق ما إذا كان الاتصال بين V1 وFFA يؤثر على التقرير الإدراكي القادم، ووجدنا أن تجارب الوجه سبقتها زيادة الاتصال بين V1 وFFA في نطاق تردد ألفا حوالي 700 مللي ثانية قبل ظهور التحفيز. أن وجدنا أي تأثير في قوة ألفا، ولكن بدلا من ذلك في الاتصال في الفرقة ألفا، ويشير إلى أنه في حين أن قوة ألفا قبل التحفيز قد تؤثر على الكشف عن التحفيز7،8، فإنه لا يؤثر بالضرورة على تصنيف الكائن. ولذلك تبين نتائجنا أنه من أجل فهم أكثر اكتمالا للديناميات المتذبذبة التي تسبق إدراك الكائن وتأثيرها اللاحق على إدراك الأجسام، فإن مجرد تحليل القوة المتذبذبة في المناطق ذات الأهمية ليس كافيا. بل يجب أن يؤخذ في الاعتبار الربط بين المناطق ذات الأهمية، لأن التقلبات المستمرة في قوة هذه الصلات يمكن أن تحيّز التصور اللاحق18. وأخيرا، على الرغم من الاستبانة المكانية الأقل من الأمثل لـ MEG، فإن بروتوكولنا يبين أن المرء قادر على تحديد المناطق ذات الأهمية بوضوح والتحقيق في علاقاتها. يمكن أن تحل MEG محل تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) لأنها توفر دقة مكانية فائقة، ويمكن أن تحل محل التصوير بالرنين المغناطيسي للوظيفة لأنها توفر دقة زمنية فائقة. ولذلك، MEG جنبا إلى جنب مع إعادة بناء المصدر هو مناسب بشكل مثالي للتحقيق في العمليات العصبية السريعة والمترجمة.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم دعم هذا العمل من قبل صندوق العلوم النمساوي FWF، تصوير العقل: الاتصال والوظائف المعرفية العليا، W 1233-G17 (إلى E.R.) والمجلس الأوروبي للبحوث منحWIN2CON، ERC StG 283404 (إلى N.W.). ويود المؤلفان أن ينوه بدعم نادية مولر – فوغل، ونيكولاس بيتفيلد، ومانفريد سيفتر للمساهمات في هذا البروتوكول.
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 |