Este artigo descreve como configurar um experimento que permite detectar influências de nível de fonte pré-estímulo na percepção do objeto usando a magnetoencefalografia (MEG). Abrange material de estímulo, desenho experimental, gravação de MEG e análise de dados.
A atividade cerebral oscilatória pré-estímulo influencia a percepção futura. As características dessa atividade pré-estímulo podem prever se um estímulo de near-Threshold será percebido ou não percebido, mas também pode prever qual dos dois estímulos concorrentes com diferentes conteúdos perceptuais é percebido? Estímulos visuais ambíguos, que podem ser vistos em uma de duas maneiras possíveis de cada vez, são ideais para investigar essa questão. A magnetoencefalografia (MEG) é uma técnica de medição neurofisiológica que registra sinais magnéticos emitidos como resultado da atividade cerebral. A definição temporal milisegundos de Meg permite uma caracterização de Estados oscilatória do cérebro de tão pouco quanto 1 segundo de dados gravados. Apresentar uma tela vazia em torno de 1 segundo antes do início do estímulo ambíguo, portanto, fornece uma janela de tempo em que se pode investigar se a atividade oscilatória pré-estímulo vieses o conteúdo da próxima percepção, como indicado pelos participantes Relatórios. A resolução espacial da MEG não é excelente, mas suficiente para localizar as fontes de atividade cerebral na escala do centímetro. A reconstrução da fonte da atividade de MEG então permite testar hipóteses sobre a atividade oscilatória de regiões específicas de interesse, bem como a conectividade tempo-e freqüência-resolvida entre regiões do interesse. O protocolo descrito possibilita uma melhor compreensão da influência da atividade cerebral espontânea e contínua na percepção visual.
Os Estados cerebrais que precedem a apresentação dos estímulos influenciam a forma como os estímulos são percebidos, bem como as respostas neurais associadas à percepção1,2,3,4. Por exemplo, quando um estímulo é apresentado com uma intensidade próxima ao limiar perceptivo (Near-Threshold), o poder oscilatório neural pré-estímulo, a fase e a conectividade podem influenciar se o próximo estímulo será percebido ou não percebido5 ,6,7,8,9,10. Esses sinais de pré-estímulo também podem influenciar outros aspectos da percepção, como o conteúdo de objeto perceptivo.
Apresentar pessoas com uma imagem ambígua que pode ser interpretada de duas maneiras é uma maneira ideal de investigar a percepção do objeto11. Isso porque o conteúdo subjetivo da percepção pode ser um dos dois objetos, enquanto o estímulo real permanece inalterado. Pode-se, portanto, avaliar as diferenças nos sinais cerebrais gravados entre os ensaios em que as pessoas relataram perceber um versus a outra interpretação possível do estímulo. Dado os relatórios, um pode igualmente investigar se havia alguma diferença nos Estados de cérebro antes do início do estímulo.
A magnetoencefalografia (MEG) é uma técnica de neuroimagem funcional que registra campos magnéticos produzidos por correntes elétricas no cérebro. Embora as respostas dependentes do nível de oxigenação do sangue (BOLD) resolvam em uma escala temporal de segundos, o MEG fornece resolução de milissegundos e, portanto, permite investigar mecanismos cerebrais que ocorrem em escalas de tempo muito rápidas. Uma vantagem relacionada do MEG é que ele permite caracterizar Estados cerebrais de curtos períodos de dados gravados, o que significa que os ensaios experimentais podem ser encurtados de tal forma que muitos ensaios se encaixam em uma sessão experimental. Além disso, o MEG permite análises de domínio de frequência que podem revelar a atividade oscilatória.
Além de sua alta resolução temporal, a MEG oferece boa resolução espacial. Com técnicas da reconstrução da fonte12, uma pode projetar dados do sensor-nível ao espaço da fonte. Isso permite testar hipóteses sobre a atividade de regiões de interesse especificadas. Finalmente, enquanto os sinais no sensor-espaço são altamente correlacionados e, portanto, a conectividade entre os sensores não pode ser avaliada com precisão, a reconstrução da fonte permite a avaliação da conectividade entre as regiões de interesse, porque reduz a correlações entre os sinais de origem13. Essas estimativas de conectividade podem ser resolvidas nos domínios de tempo e frequência.
Dadas essas vantagens, a MEG é ideal para investigar os efeitos pré-estímulo na percepção do objeto em regiões de interesse especificadas. No presente relatório vamos ilustrar como projetar tal experimento e a aquisição de MEG set-up, bem como a forma de aplicar a reconstrução da fonte e avaliar a atividade oscilatória e conectividade.
Apresentando um estímulo único que pode ser interpretado como mais de um objeto ao longo do tempo, mas como apenas um objeto em um determinado momento, permite investigar os efeitos pré-estímulo na percepção do objeto. Desta forma, um é capaz de relacionar os Estados cerebrais pré-estímulo aos relatos subjetivos dos objetos percebidos. Em um ambiente de laboratório, imagens ambíguas que podem ser interpretadas em uma de duas maneiras, como a ilusão de vaso de Rubin, fornecem um caso ideal que permite contrastes diretos da atividade cerebral entre dois tipos experimentais: aqueles percebidos de uma forma (por exemplo, ‘ face ‘ ) e aqueles percebidos da outra forma (por exemplo, ‘ vaso ‘).
Apresentar estes estímulos momentaneamente (< 200 MS) assegura-se de que os povos vejam e relatem subseqüentemente somente uma das duas interpretações possíveis do estímulo em uma experimentação dada. O contrabalo (alternando aleatoriamente) entre o vaso preto/faces brancas e o vaso branco/faces pretas versões do estímulo entre os participantes reduz a influência de características de estímulo de baixo nível na análise subsequente. Apresentar uma máscara imediatamente após o estímulo impede que as imagens após a formação e a supressão das respostas dos participantes. Porque analisando o período após o início do estímulo não é de interesse, nenhuma correspondência entre as características de baixa freqüência do estímulo e máscara é necessária. Finalmente, alternando os botões de resposta entre os participantes (por exemplo, esquerda para o vaso, direito para o rosto, ou vice-versa) impede a atividade devido à preparação do motor de factoring para os contrastes.
Dada a resolução de milissegundos de MEG, um intervalo pré-estímulo de tão curto quanto 1 s é suficiente para estimar medidas como potência espectral e conectividade. Dada a curta duração de cada tentativa resultante, um grande número de ensaios pode ser acomodado em uma sessão experimental, garantindo uma alta relação sinal-ruído quando a média de sinais de MEG através de ensaios.
Regiões específicas sensíveis à categoria de interesse mostraram-se ativas durante a percepção do objeto24,25. Por exemplo, FFA é amplamente relatado para ser envolvido na percepção da face22. Para investigar os efeitos da atividade medida decorrente de fontes específicas, pode-se reconstruir os dados do MEG. Para investigar a conectividade entre fontes, a reconstrução da fonte é necessária. Para facilitar a análise de dados de origem, os dados de nível de fonte de teste único podem ser representados por “sensores virtuais”. Representar os dados dessa forma permite analisar dados de origem de avaliação única exatamente da mesma maneira no espaço de origem e no espaço do sensor (ou seja, usando as mesmas funções de análise, por exemplo, usando a caixa de ferramentas Fieldtrip). Isso, então, permite testar hipóteses sobre a atividade de regiões especificadas de interesses de forma direta.
Quando o poder oscilatório do pre-estímulo foi mostrado para influenciar a deteção do estímulo perto do limiar perceptivo (percebido contra não percebido), se influencia o índice do que é visto é menos sabido. Aqui nós contrastamos o poder oscillatório pré-estímulo em FFA entre os ensaios em que as pessoas relataram face vs vaso, e não encontrou diferenças estatísticas. Nós testamos subseqüentemente se a conectividade entre v1 e FFA influencia o relatório perceptivo upcoming, e encontrou que as experimentações da cara foram precedidas pela conectividade aumentada entre v1 e FFA na escala de freqüência do Alfa em torno de 700 MS antes do início do estímulo. Que não encontramos nenhum efeito no poder alfa, mas sim na conectividade na banda alfa, sugere que, enquanto o poder alfa pré-estímulo pode influenciar a detecção de estímulo7,8, ele não influencia necessariamente a categorização de objetos. Nossos resultados mostram, portanto, que para uma compreensão mais completa da dinâmica oscilatória que precede a percepção do objeto e sua subsequente influência na percepção do objeto, basta analisar o poder oscilatório em regiões de interesse não é suficiente. Em vez disso, a conectividade entre as regiões de interesse deve ser levada em conta, pois as flutuações contínuas na força dessas conexões podem viés de percepção subseqüente18. Finalmente, apesar da resolução espacial menos do que ideal do MEG, nosso protocolo demonstra que é capaz de identificar claramente as regiões de interesse e investigar suas relações. MEG pode sobrepor a electroencefalografia (EEG) porque oferece a definição espacial superior, e pode sobrepor a função MRI porque oferece a definição temporal superior. Conseqüentemente, o MEG combinado com a reconstrução da fonte é serido idealmente para investigar processos neurais rápidos e localizados.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pelo FWF Austrian Science Fund, imagem da mente: conectividade e maior função cognitiva, W 1233-G17 (para o PS) e Conselho Europeu de pesquisa Grant WIN2CON, ERC StG 283404 (para N.W.). Os autores gostariam de reconhecer o apoio de Nadia Müller-Voggel, Nicholas Peatfield, e Manfred Seifter para contribuições para este protocolo.
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 |