تحریک الکتریکی مناطق انتخابی چهره بدنه انسان درک چهره را تحریف می کند

پاسخ های عصبی انتخابی صورت در ژیروس بدنه انسانی به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال ، نقش علی آنها در درک چهره انسان تا حد زیادی ناشناخته است. در اینجا ، ما از یک رویکرد چند حالته از الکتروکورتیکوگرافی (ECOG) ، تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی عملکردی با وضوح بالا (FMRI) و تحریک الکتریکی مغز (EBS) استفاده کردیم تا به طور مستقیم نقش علّی پاسخ های عصبی چهره و انتخابی ژیروس بدنی (FG) را بررسی کنیم. در ادراک صورت در بیمار کاشته شده با الکترودهای فرعی در لوب تمپورال تحتانی راست. FMRI با وضوح بالا دو منطقه انتخابی چهره FG را مشخص کرد [چهره های MFUS و چهره های PFUS (به ترتیب میانی و خلفی ، به ترتیب)]. ECOG مکاتبات آناتومیکی و عملکردی چشمگیر را با داده های FMRI نشان داد که در آن یک جفت الکترود انتخابی ، به ترتیب 1 سانتی متر از هم قرار گرفته ، به ترتیب با MFUS-Faces و PFUS با هم همپوشانی داشتند. علاوه بر این ، بار الکتریکی تحویل داده شده به این جفت الکترودها باعث تحریف ادراکی عمیق چهره در هنگام مشاهده چهره های واقعی می شود. به طور خاص ، موضوع از ظاهر "دگرگونی" چهره های افراد در اتاق خبر داد. چندین کنترل ، ویژگی اثر را به درک چهره ها نشان می دهد. EBS از چهره های MFUS و چهره های PFUS نه در نامگذاری تصاویر از چهره های معروف روی رایانه ، کسری قابل توجهی ایجاد نکرد و نه این امر بر ظاهر اشیاء غیر مفاصل تأثیر گذاشت. علاوه بر این ، ظاهر چهره ها در طی هر دو تحریک شرم و تحریک یک جفت الکترودهای مجاور که چهره انتخابی نبودند ، بی تأثیر باقی مانده است. به طور کلی ، یافته های ما همگرایی چشمگیر FMRI ، ECOG و EBS را نشان می دهد ، که در کنار هم یک ارتباط علی نادر بین زیر مجموعه های عملکردی شبکه FG انسانی و درک چهره ارائه می دهند.

معرفی

مکانیسم های عصبی شناخت چهره شامل شبکه ای از مناطق مغز است که در آن گوروس فیوز (FG) یک مؤلفه مهم است. آسیب به FG می تواند باعث ایجاد اختلال در چهره های درک یا نامگذاری شود (داماسیو و همکاران ، 1982 ؛ بارتون ، 2008 ؛ کنن و همکاران ، 2011). ضبط های داخل جمجمه (آلیسون و همکاران ، 1999 ؛ مک کارتی و همکاران ، 1999 ؛ پوس و همکاران ، 1999 ؛ موندل و همکاران ، 2003 ؛ ویدال و همکاران ، 2010) و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (FMRI) (Kanwisher etal. ، 1997) در انسان فعال سازی های FG قوی تری را در مقایسه با محرک های غیر فاش کننده نشان می دهد. مطالعات تصویربرداری نشان داده اند که فعال سازی های انتخابی FG در طول درک موفقیت آمیز و شناسایی چهره ها بیشتر است (تانگ و همکاران ، 1998 ؛ هاسون و همکاران ، 2001 ؛ موتوسیس و زکی ، 2002 ؛ گریل-اسپکتور و همکاران ، 2004 ؛ روتشتینو همکاران ، 2005) و با تغییر در هویت چهره تعدیل می شوند (گریل-اسپکتور و همکاران ، 1999 ؛ وینستون و همکاران ، 2004 ؛ جیانگ و همکاران ، 2006). مطالعات تصویربرداری اخیر ، خوشه های انتخابی چندین چهره را در امتداد FG نشان می دهد (Tsao و همکاران ، 2008 ؛ پینسک و همکاران ، 2009 ؛ وینر و گریل-اسپکتور ، 2010) که 10-15 میلی متر از یکدیگر جدا هستند و یک مکان مکانی مداوم دارندترتیب نسبت به نقاط دیدنی ناخالص آناتومیکی ، نقشه های رتینوتوپی و سایر مناطق کاربردی (وینر و گریل-اسپکتور ، 2012). این یافته ها این احتمال را ایجاد می کند که مناطق مختلف انتخابی چهره در مؤلفه های مختلف پردازش صورت دخیل باشند.

یک روش برای بررسی نقش یک منطقه معین در درک و شناخت چهره ، تحریک الکتریکی مغز (EBS) است که طی آن یک والی از بار الکتریکی به یک ناحیه مغز کانونی تحویل داده می شود تا عملکرد آن را مختل کند (Selimbeyoglu and Parvizi ، 2010). با این حال ، EBS در FG انسان به دلیل ماهیت تهاجمی آن کمیاب است. در واقع ، تنها سه مطالعه اثرات تحریک FG بر درک چهره را با یافته های متغیر بررسی کرده اند. دو مطالعه گزارش دادند كه EBS از سایتهای انتخابی FG ، نقص هایی را برای نامگذاری ، اما تصور نمی كند (آلیسون و همكاران ، 1994 ؛ پوس و همكاران ، 1999). در مقابل ، یک مطالعه گزارش داد که EBS از یک الکترود FG راست باعث شده است که موضوع گزارش دهد که "همه چهره های اتاق به نظر می رسد" یکسان "مطابق با اوراس تشنج معمولی سوژه است (Mundel et al. ، 2003). از این مطالعات ناشناخته است که خوشه FG تحریک شده است. در نتیجه ، یافته های اختلاف ممکن است ناشی از تحریک مناطق مختلف در طول مطالعات باشد ، و بر ضرورت محلی سازی دقیق آناتومیکی و عملکردی سایتهای EBS برای درک نقش اصلی آنها در پردازش چهره تأکید می کند.

با استفاده از پیشرفت های روش شناختی در بومی سازی موقعیت آناتومیکی الکترودهای داخل جمجمه در فضای عصبی بومی خود سوژه (هرمس و همکاران ، 2010) و در تعریف فعال سازی های FMRI با استفاده از وکسل های با وضوح بالا (1. 8 میلی متر ایزوتروپیک) ، ما دقیقاً سایتهای EBS را با هم جمع کردیمهر دو داده FMRI و الکتروفیزیولوژیکی. ما نقص ادراکی خاص چهره را گزارش می کنیم که بار الکتریکی از طریق دو الکترود با هم همپوشانی با PFUs و MFU (به ترتیب خلفی و میانی ، به ترتیب) مناطق انتخابی صورت [به عنوان PFU-Faces (FFA-1) و MFUS (FFA) تحویل داده شد.-2) ، به ترتیب] و یک ارتباط علّی بین زیر مجموعه های عملکردی موضعی FG و درک صورت فراهم می کند.

مواد و روش ها

این موضوع مردی 45 ساله بود که با الکترودهای داخل جمجمه ای کاشته شده بود تا منبع تشنج مقاوم در برابر دارو را بومی سازی کند که رضایت آگاهانه کتبی برای شرکت در مطالعه و انتشار فیلم از روش EBS ارائه می داد. این روش توسط هیئت بررسی نهادی استنفورد تصویب شد. از نظر بالینی ، تشنج او همیشه با دیدن فسفن ها و رنگ ها با نظارت بر ویدیوی ویدیویی و EEG و تأیید یک تمرکز تشنج چهار ضلعی خلفی راست شروع می شود. ارزیابی استاندارد پیشگیری از توانایی های فکری عادی و عملکرد بینایی و بینایی بدون هیچ گونه عوارض روانپزشکی یا ناهنجاری های میدان بینایی نشان داد. ضبط مداوم ویدیوی EEG برای چند روز منبع صرع را در منطقه پریکالرین راست نشان داد. منطقه زمانی تحتانی عاری از فعالیت الکتروفیزیولوژیکی پاتولوژیک بود.

MRI

داده های تصویربرداری با استفاده از یک اسکنر GE 3-Tesla Signa در دانشگاه استنفورد بدست آمد.

آناتومی

حجم آناتومیکی با وضوح بالا از کل مغز با استفاده از یک سیم پیچ سر با استفاده از توالی پالس SPGR با وزن T1 به دست آمد. داده ها به صفحه AC-PC تراز شدند و به وکسل های ایزوتروپیک 1 میلی متر مجدداً مجدداً مورد استفاده قرار گرفتند. هر دو داده FMRI و مکانهای الکترود الکتروکورتیکوگرافی (ECOG) با این حجم مغز تراز شدند. این حجم برای جدا کردن خاکستری از ماده سفید ، که برای بازسازی سطح قشر مغز مورد استفاده قرار گرفت ، تقسیم شد.

کسب fmri.

بیست و هشت برش با وکسل ایزوتروپیک 1. 8 میلی متر با توالی T2* GE EPI (FOV = 192 میلی متر ، TE = 30 ms ، TR = 2000 ms ، زاویه تلنگر = 77 ° و پهنای باند = 128 کیلوهرتز) با استفاده از 32 کانالسیم پیچ سطح (شرکت Nova Medical). وکسل های کوچکتر منجر به بهبود بومی سازی فعال سازی های عملکردی و کاهش اثرات مصنوعات حساسیت ، مانند موارد تولید شده توسط کانال گوش ، که در غده های بدنی گسترش می یابد.

آزمایش محلی سازی.

موضوع در 2 دوره آزمایش طراحی بلوک شرکت کرد که در طی آن تصاویر چهره ، اندام ، گل ، خانه ، اتومبیل ، گیتار و اشیاء خرد شده در بلوک های 12 ثانیه نشان داده شد (وینر و گریل-اسپکتور ، 2010). هر اجرا شامل 4 بلوک از هر شرایط و 6 بلوک خالی بود. هنگامی که دو تصویر متوالی در حالی که تثبیت می شوند یکسان بودند ، موضوع با فشار دکمه پاسخ داد.

رتینوتوپی.

ما موضوع را در 4 دوره نقشه برداری استاندارد رتینوتوپی اسکن کردیم. موضوع محرک نوار چک تخته ای را مشاهده کرد که هنگام تثبیت میدان بصری را جارو کرد (Dumoulin and Wandell ، 2008).

تحلیل داده ها.

داده ها با استفاده از جعبه ابزار MATLAB (Mathworks) با استفاده از جعبه ابزار MRVISTA (http://white. stanford. edu/software) مانند انتشارات قبلی ما (وینر و گریل-اسپکتور ، 2010 ، 2011) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. داده ها اصلاح ، محاصره شده و با آناتومی مغز کل موضوع تراز شدند. برای محلی ساز ، ما تجزیه و تحلیل مدل خطی عمومی استاندارد را در هر وکسل انجام دادیم تا پاسخ های بالاتر به چهره در مقابل سایر محرک ها را شناسایی کنیم (شکل 1 B ، C). ما همچنین به طور مستقل سیگنال های FMRI را از دیسک ماده خاکستری شعاع 2 میلی متر که در هر یک از الکترودهای تحریک شده متمرکز شده بود ، استخراج کردیم (شکل 2 C). از داده های رتینوتوپی برای تعیین مرزهای مناطق بینایی رتینوتوپی برای ارزیابی بیشتر موقعیت توپولوژیکی مناطق انتخابی صورت استفاده شد.

ECOG

بومی سازی آناتومیک الکترودها.

تصاویر CT پس از کاشت با حجم مغز آناتومیکی MRI Preop تراز شدند (هرمس و همکاران ، 2010). الکترودها بر روی حجم مغز خود سوژه مشاهده شدند و سطح قشر سه بعدی بازسازی شده را بازسازی می کنند که باعث می شود محلی سازی دقیق آناتومیکی الکترودها (شکل 1).

آزمایش ECOG.

داده های الکتروفیزیولوژیکی به دست آمد ، همانطور که در انتشار اخیر ما توضیح داده شد (فاستر و پاروزی ، 2012) در حالی که این موضوع تصاویر مقیاس خاکستری از چهره ها ، اندام ها ، اتومبیل ها و خانه ها را در 9 اجرا مشاهده می کرد. در هر اجرا ، 48 تصویر (12 از هر گروه) یک بار نشان داده شد. هشت تصویر اضافی ، 2 از هر گروه ، هر کدام 6 بار تکرار شدند. در اینجا ، ما فقط داده ها را برای تصاویر بدون تکرار نشان می دهیم. هر تصویر به مدت 1 ثانیه با فاصله زمانی خالی از مدت متغیر (از 600 تا 1400 ms ؛ توزیع یکنواخت) ارائه شد. دستور آزمایش متعادل شد به گونه ای که تصاویر مکرر به همان اندازه احتمالاً از تصاویر مکرر یا غیر تکرار شده پیروی می کردند. تصاویر در اجراهای آزمایشی تکرار نشدند.

تجزیه و تحلیل ECOG.

پردازش داده ها با استفاده از روالهای سفارشی در MATLAB (MathWorks) انجام شد. داده های مداوم با یک فیلتر شکاف 60 هرتز فیلتر شدند ، در ویندوزهای زمان قفل شده با محرک 1. 8 تا 1. 8 ثانیه انجام شد و با استفاده از میانگین 22 (از 112) الکترودهای غیر قابل پاسخگویی مجدداً مراجعه کرد.

ما شروع هر آزمایش محرک را به یک سیگنال فوتودیود تولید شده توسط تغییر درخشندگی در صفحه نمایش محرک مرتبط با شروع هر آزمایش کالیبره کردیم. ما تخمین می زنیم که حد بالایی از عدم دقت زمان بندی 17 میلی ثانیه باشد. برای اعتبار بیشتر زمان پاسخ های خود ، ما همچنین تأخیر پتانسیل های مرتبط با رویداد بصری (ERP) را در الکترودهایی که با هم تداخل دارند ، مناطق اولیه بصری در اطراف سولکوس کلکارین را بررسی کردیم. این الکترودها ، همانطور که انتظار می رود ، یک ERP بصری منفی در حدود 80 میلی ثانیه پس از شروع محرک (داده ها نشان داده نشده است) مطابق با یافته های تأخیر در سایر نشریات نشان می دهد (یوشور و همکاران ، 2007).

تجزیه و تحلیل قدرت در همان دوره 1. 8 تا 1. 8 ثانیه انجام شد و پایه با محاسبه درصد تغییر قدرت نسبت به میانگین قدرت در 700 ms تا 300 ms prestimulus (که در طی آن موضوع صفحه خالی را مشاهده می کرد) انجام شد و سپس پس از آنبه طور متوسط برای هر شرایط به طور جداگانه (آزمایشات 113-125 در هر شرایط). تغییر قدرت نسبت به پایه ترسیم شد و برای چندین فرکانس باند باریک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت (شکل 2 A). ما پاسخ های مشابهی را در گاما کم (40-80 هرتز) و فرکانس های بالاتر (80-160 هرتز) پیدا کردیم ، بنابراین ، داده ها در محدوده فرکانس پهنای باند 40-160 هرتز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بر اساس توطئه های برق ، افزایش پهنای باند قدرت پس از شروع محرک ها قبل از محدوده 40 هرتز شروع می شود. برای محاسبه نسبت سیگنال به نویز (SNR) برای هر الکترود در طول کار ، ابتدا برای هر گروه میانگین قدرت در محدوده فرکانس پهنای باند (40-160 هرتز) را در یک پنجره زمانی 100-350 ms پس از محرک محاسبه می کنیم. شروع و SE در کلیات. سپس ما به طور متوسط قدرت را در دسته ها قرار دادیم و این تعداد را به طور متوسط SE در دسته ها تقسیم کردیم تا SNR در هر الکترود تولید کنیم. قطر نمودارهای پای در شکل 1 A برای بازتاب SNR اندازه گیری شده است. لازم به ذکر است که اندازه گیری SNR در مطالعه ما مربوط به کیفیت سیگنال (درجه سر و صدا) برای هر الکترود نیست ، بلکه یک اندازه گیری است که به قدرت سیگنال در یک باند فرکانس خاص در طی یک وضعیت کار خاص اشاره دارد. این مهم است زیرا ممکن است برخی از الکترودها وجود داشته باشند که نشان دهنده افزایش بی اهمیت یا تصادفی فقط در چهره ها (به عنوان مثال ، 3 ٪ افزایش به چهره ها ، 0 ٪ به سایر شرایط) ، که در غیر این صورت یک نمودار پای انتخابی "چهره" را نشان می دهد. بنابراین ، علاوه بر این ، توصیف میزان تغییرات مرتبط با رویداد ، بخش مهمی در شناسایی انتخاب شرایط و انتقال چنین اثرات بزرگ است.

EBS

بار الکتریکی دو قطبی بین دو الکترود مجاور با استفاده از شم (0 میلی آمپر) و آزمایشات واقعی (2-4 میلی آمپر) تحویل داده شد. پالس های الکتریکی موج مربع متناوب با عرض 200 میکرومتر در 50 هرتز تحویل داده شد (به عنوان مثال ، والی بار الکتریکی متناوب در قطبیت 50 بار در ثانیه ؛ بنابراین ، بار برابر به هر دو الکترود تحویل داده شد). در تمام جلسات ، EEG به دلیل وجود هزینه های پس از مخارج یا تشنج مورد بررسی قرار گرفت. هیچ یک از جلسات تحریک منجر به هرگونه تخلیه یا فعالیت صرع در هر الکترودهای کاشته شده نشد.

روش EBS تحریک یک جفت الکترودهای انتخابی صورت (شکل 1 ، 2) در طی دو شرط انجام شد: وقتی موضوع در حال مشاهده الف) چهره افراد خاص (پزشک یا تکنسین) یا اشیاء (تلویزیون یا "خوب" استبادکنک) در اتاق ، و ب) عکس از چهره های معروف (10 ، 5 ، 5 شرم EBS) یا صحنه ها/بناهای معروف (10 ، 5 در طول EBS SHAM) روی صفحه رایانه با زاویه دید 4 درجه. ما این کار را وظیفه نامگذاری مشهور چهره/مکان می نامیم. جریان الکتریکی در تمام آزمایشات واقعی EBS در 3 میلی آمپر (به جز یک آزمایش 4 میلی آمپر) با مدت زمان 1 ثانیه تنظیم شد. افراد در اتاق از نظر جنسیت و فاصله با بیمار متفاوت بودند. قبل از روش EBS ، تمام عکسها توسط موضوع مشخص شده و به درستی نامگذاری شده بودند.

ما یک روش EBS مشابه را بر روی یک جفت الکترودهای کنترل واقع در 1. 7 سانتی متر از نظر پزشکی به الکترودهای 1 و 2 اجرا کردیم (شکل 1 ، دایره های سفید نقطه ای). ما در هنگام مشاهده چهره افراد در اتاق و 20 کارآزمایی از وظیفه نامگذاری معروف/مکان (10 آزمایش و 10 آزمایش مکان ، 50 ٪ در طول شم EBS) 3 کارآزمایی EBS (0 شم) انجام دادیم. بشر

لازم به ذکر است که هدف از وظیفه نامگذاری چهره/مکان معروف ارزیابی بازیابی نامگذاری موضوع بود. یعنی هدف از این کار مقایسه تأثیر EBS بر درک چهره در هنگام مشاهده چهره های واقعی و عکس های چهره های معروف نیست زیرا این دو شرط در سه مؤلفه اصلی متفاوت است: (1) بار الکتریکی در شرایط واقعی چهرهتحویل داده شد در حالی که موضوع قبلاً به چهره واقعی شخص نگاه می کرد (بنابراین تحول می تواند واضح تر باشد) ، در حالی که تحریک در وظیفه نامگذاری چهره/مکان معروف مستلزم ارائه عکس صورت بود در حالی که تحریک الکتریکی قبل از آن پیش می آمد و از ارائه فراتر می رفتهر عکس ؛(2) در طول وظیفه نامگذاری مشهور چهره/مکان ، از موضوع خواسته شد تا تصاویر بصری را روی صفحه نامگذاری کند ، در حالی که در شرایط واقعی چهره ، این مورد نیاز نبود. و (3) قبل از وظیفه نامگذاری چهره/مکان مشهور ، به موضوع دستور داده نشده است که به تغییر ادراکی خود توجه کند ، بلکه در عوض ، به طور مؤثر نام اشیاء را بازیابی کند ، در حالی که در شرایط واقعی چهره ، موضوع به آن دستور داده شدوجود هرگونه تغییر ادراکی را گزارش کنید.

نتایج

همگرایی داده های FMRI و ECOG

The electrode grid coverage of right ventral temporal cortex (VTC) enabled examination of ECoG responses over a wide cortical expanse. ECoG analyses of the broadband power revealed some VTC electrodes with comparable visual responses across categories, and others that varied in their selectivity to particular visual categories (Fig. 1 a ). Face-selective electrodes were clustered on the FG, where two electrodes on the lateral FG (Fig. 1, marked 1 and 2) showed the most robust face-selective ECoG responses, with significantly higher power (starting 100 ms after stimulus onset) to faces compared with limbs, cars, or houses sustained for the entire duration of stimulus presentation for frequencies>40 هرتز (شکل 2 A). انتخاب چهره همچنین در طول پاسخ بصری گذرا (100-350 میلی ثانیه پس از شروع محرک) در باندهای فرکانس پایین (شکل 2 A) مشهود بود ، و همان الکترودها ERP انتخابی صورت را به عنوان یک مؤلفه منفی بزرگتر برای چهره ها نشان می داد. اوج محرک ∼130-147 میلی ثانیه پس از شروع محرک (شکل 2 B). در حالی که تأخیر این اوج منفی در این موضوع سریعتر از چندین نشریه قبلی است (آلیسون و همکاران ، 1994 ؛ پوس و همکاران ، 1999) احتمالاً همان ERP است ، زیرا تفاوت های بین فردی در تأخیر پاسخ وجود دارد.

• شکل دانلود
• در برگه جدیدی باز کن
• دانلود پاورپوینت

شکل 1.

Stimulated electrodes spatially overlap face-selective ECoG and fMRI measurements on the lateral fusiform gyrus. Functional responses are shown on the patient's native anatomy. Electrodes used for EBS (1 and 2) are labeled in each image for reference. a , Spatial distribution of ECoG responses in VTC electrodes. The location of the pair of electrodes used as control EBS is indicated with white dotted circles. Each pie chart depicts the relative power for each category of stimuli across a broadband frequency range (40 160 Hz) during a time window of 100 350 ms after stimulus onset. Pie chart diameter reflects the SNR. b , fMRI activations showing higher responses to faces than nonfaces (faces> limbs, houses, cars, guitars, flowers, t>3 ، سطح وکسل) بر روی سطح قشر تورم (سمت چپ) و نمای حجم (سمت راست ؛ بالا ؛ منطقه بزرگنمایی را نشان می دهد). مرزهای مناطق رتینوتوپی به رنگ آبی ، سبز و قرمز نشان داده شده است. IOG ، ژیروس اکسیپیتال تحتانی.

• شکل دانلود
• در برگه جدیدی باز کن
• دانلود پاورپوینت

شکل 2.

پروفایل های انتخابی صورت الکترودهای EBS در سراسر اندازه گیری. پاسخ های الکترودهای 1 و 2 به ترتیب در ستون های چپ و راست به ترتیب از هر صفحه نشان داده شده است. A ، تجزیه و تحلیل قدرت محدود باند برای چهره ها ، اندام ها ، اتومبیل ها و خانه هایی که نشان می دهند در درصد Prestimulus در یک پنجره زمانی از 0. 1 تا 1. 1 ثانیه پس از شروع محرک در چهار باند فرکانس استاندارد ، نسبت به پایه Prestimulus تغییر می کنند (ردیف های 1-4). داده ها در هر گروه 113-125 به طور متوسط انجام می شود. مناطق سایه دار نشانگر SE در سراسر محاکمه است. ردیف پایین ، دوره زمانی از مقادیر t با مقایسه پاسخ های باند پهن با چهره در مقابل افراد غیرقانونی. نقاط بالاتر از خط قرمز نقطه ای نشان می دهد که این تفاوت در P معنی دار است<10 −4 . b , Mean ECoG ERPs to each category. c , Mean fMRI responses extracted from a 2-mm-radius gray matter ROI (illustrated in Fig. 1 b ) centered on the location of EBS electrodes. Data are averaged across 8 blocks per condition. Error bars indicate SD across blocks. * p <10 −11 , significantly higher responses to faces than nonfaces, t>6. 8.

نکته مهم ، محلی سازی مکانی پاسخهای ECOG انتخابی صورت بر روی FG ، مکاتبات آناتومیکی چشمگیر را با انتخاب چهره اندازه گیری شده با FMRI نشان داد (شکل 1 B ، C). مطابق با یافته های FMRI اخیر ما در افراد سالم (وینر و گریل-اسپکتور ، 2010 ، 2011 ، 2012) ، داده های FMRI با وضوح بالا در این موضوع مناطق انتخابی چهره آناتومیکی مجزا را در FG جانبی با مرزهای عملکردی جداگانه نشان داد. این خوشه ها رابطه توپولوژیکی معمولی با مناطق شبکیه ای در این نزدیکی را نشان می دهد که در آن چهره های PFUS جانبی به خوشه نقشه میدان بصری شکمی (VO) قرار دارند و چهره های MFUS 1 سانتی متر قدامی بیشتر در هر دو PFUS-Faces و خوشه VO قرار دارد (شکل 1 ب). نکته قابل توجه ، مکان الکترودهای 1 و 2 به ترتیب با موقعیت آناتومیکی FMRI-Localized-Faces و چهره های MFUS به ترتیب همپوشانی دارند (شکل 1 B ، C). در واقع ، استخراج سیگنال های FMRI از ماده خاکستری تحت این الکترودها ، پاسخ به چهره ها را تقریباً دو برابر قوی تر از آنچه توسط دسته های دیگر ایجاد می شود ، نشان داد (شکل 2 C). بنابراین ، شواهد همگرا از اندازه گیری ECOG و FMRI نشان دهنده انتخاب چهره قوی در این دو مکان قشر مغز در امتداد FG است.

EBS و تحریف درک چهره بصری آگاهانه

مواد چندرسانه ای آنلاین (فیلم 1) فیلم روش EBS را هنگام مشاهده چهره واقعی نشان می دهد. این موضوع تحریفات واضح را در طول درک چهره های واقعی توصیف می کند که بار الکتریکی از طریق الکترودهای FG 1 و 2 (7 کارآزمایی) تحویل داده شد ، اما نه در حین تحریک شمشیر الکترودهای مشابه (4 کارآزمایی) یا EBS از طریق جفت های دیگر الکترودهای مجاور (3آزمایش های). هنگامی که EBS از طریق الکترودهای FG 1 و 2 در حالی که به صورت امتحان کننده نگاه می کرد ، مورد استفاده قرار گرفت ، موضوع ماهیت قابل توجه اعوجاج بصری او را توصیف کرد: "شما فقط به شخص دیگری تبدیل شده اید. صورت شما دگرگون شده است. "هنگامی که بیشتر مورد بررسی قرار گرفت ، وی گزارش داد که این ویژگی ها تحریف شده است: "شما تقریباً شبیه کسی هستم که قبلاً دیده ام ، اما کسی متفاوت است. این یک سفر بود ... این تقریباً شبیه شکل صورت شما است ، ویژگی های شما فرو ریخته است "(فیلم 1). در بحث بعدی پس از EBS ، موضوع مجدداً تأکید کرد که چهره به چهره دست نخورده شخص دیگری تبدیل نشده است ، بلکه تحریف شده است.

نکته مهم این است که وقتی موضوع در حال مشاهده اشیاء در اتاق بود ، مانند تلویزیون (1 آزمایش) یا خواندن کلمات نوشته شده بر روی بالون (1 آزمایش) در همان فاصله ، نقص ادراکی مشابهی برانگیخته نشد. توجه به این نکته حائز اهمیت است که موضوع هنگام مشاهده این اشیاء و کلمات غیر مشخص ، تغییرات کمی در بینایی گزارش کرده است ، اما او نتوانست آنها را به طور کامل توصیف کند و اینها برای محرکهای خاص نامشخص بودند. در مقابل ، اعوجاج انتخابی به چهره های واقعی قابل توجه بود. به عنوان مثال ، هنگامی که توسط امتحان کننده برای تعیین ظاهر هر چیز دیگری تغییر یافت ، موضوع گزارش داد: "فقط صورت شما تغییر کرد. هر چیز دیگری یکسان بود. "علاوه بر این ، موضوع هنگام مشاهده چهره شخص دیگر تحریفات مشابهی را گزارش کرد: "قسمت زیرین چهره او دگرگون شده است. نوعی کشیده شده است تا ظاهری متفاوت به او بدهد. ام ... این زیبا نبود "(فیلم 1).

مجموعه ای از کنترل ها ویژگی کسری ادراکی را برای درک چهره ها نشان می دهد. اول ، تحریک یک جفت الکترودهای مجاور (شکل 1 A ، الکترودهایی با دایره های سفید با نقطه) هیچ تغییری در درک وی از چهره های اتاق ایجاد نکرد (3 کارآزمایی). دوم ، EBS الکترودهای FG 1 و 2 در هنگام نامگذاری چهره های معروف ، اختلال انتخابی را القا نمی کند. به طور خاص ، نامگذاری عکس از افراد مشهور در شرایط 1/5 و 2/5 در شرایط واقعی و شرم آور نادرست بود ، در حالی که نامگذاری عکس های مکان ها/بناهای معروف در 2/5 و 0/5 در طول واقعی و شرم آور نادرست بودبه ترتیب شرایطدر یک آزمایش نامگذاری مشابه ، ضمن تحریک جفت الکترودهای کنترل ، موضوعی که به درستی تمام عکسهای صورت (10/10) و غیر مشخص (10/10) نامگذاری شده است ، حتی اگر در حین آزمایش های واقعی (اما نه شرم آور) ، وی یک احساس بینایی غیر اختصاصی را گزارش کرد ("تصاویر کمی خشن بودند ، خطوط بر روی آنها؟ اگر من آنها را در یک روزنامه می دیدم" در آنجا نبود ").

بحث

تغییر ادراکی ذهنی که توسط بیمار در مطالعه حاضر گزارش شده است به وضوح نشان می دهد که آشفتگی الکتریکی از چهره های PFUS و چهره های MFUS (همچنین به عنوان FFA-1 و FFA-2 گفته می شود ، به ترتیب ؛ پینسک و همکاران ، 2009) منجر بهاعوجاج انتخابی در طول درک بصری آگاهانه از چهره های واقعی. این یافته ها شواهدی را برای نقش علّی این مناطق انتخابی چهره در درک چهره ارائه می دهد ، در توافق با مطالعات در جمعیت های معمولی که نشان دهنده ارتباط بین پاسخ های FMRI در این مناطق و اقدامات رفتاری درک چهره است (Tong et al. ، 1998 ؛ Hasson etAl. ، 2001 ؛ Moutoussis and Zeki ، 2002 ؛ Grill-Spector et al. ، 2004 ؛ Rotshtein et al. ، 2005).

همانطور که در مواد چندرسانه ای آنلاین (فیلم 1) نشان داده شده است ، ویژگی تحریفات ادراکی در ظاهر چهره های واقعی به دنبال آشفتگی الکتریکی فضاهای MFUS و Faces-Faces به ویژه قابل توجه است با توجه به اینکه داده های ECOG و FMRI در این مناطق بالاتر از پایه نشان می دهندپاسخ به محرکهای غیرقانونی. علاوه بر این ، اختلال در فعالیت های عصبی ناشی از تحریک الکتریکی مغز با هدایت جریان به یک جمعیت بزرگ عصبی تحت هر الکترود با برآورد نورون 500000 پوند در زیر فضای قطر 2. 3 میلی متر از هر الکترود رخ می دهد (پاککنبرگ و گوندرسن ، 1997). این احتمالاً بر پاسخ های محلی و همچنین مکانهای قشر مغز و قشر دیستال از طریق انتشار جریان در امتداد آکسونهای آشکار و افکار این جمعیت عصبی تأثیر می گذارد. اثر دوم ممکن است توضیح دهد که چرا موضوع هنگام مشاهده تلویزیون و بادکنک ، برخی از تغییرات بینایی غیر اختصاصی را داشته است (شاید با تحریک ضد بادی که جریان را به مناطق اولیه بصری هدایت می کند). با این وجود ، ویژگی اثرات ما نشان دهنده تحریف برجسته در ظاهر چهره های واقعی ، اما نه به سایر اشیاء واقعی ، یا هنگام تحریک الکترودهای اطراف ، وجود یک مدار عصبی خاص را که در درک بصری از چهره ها درگیر است ، نشان می دهد. این مدار عصبی ممکن است به صورت محلی در مناطق انتخابی PFU یا MFU اجرا شود ، یا ممکن است این مناطق را به عنوان گره در یک شبکه پردازش چهره گسترده تر شامل شود. در واقع ، یک گزارش اولیه اخیر نشان می دهد که EBS از یک منطقه انتخابی جانبی جانبی و خلفی که در غده های اکسیپیتال تحتانی واقع شده است نیز ممکن است درک تحریف شده از چهره ها ایجاد کند (جوناس و همکاران ، 2012). مطالعات آینده با روش هایی که فقط پاسخهای عصبی محلی را تحت تأثیر قرار می دهند (به عنوان مثال ، با خنک کننده الکترودها) شواهد دیگری در مورد سهم پاسخ های عصبی محلی در این سایت های FG در طی درک آگاهانه از چهره ها ارائه می دهند.

در حالی که نتایج ما نشان می دهد که EB های الکترودهای FG انتخابی چهره در حین مشاهده چهره تحریفات ادراکی ایجاد می کنند ، دو مطالعه قبلی گزارش دادند که EBS الکترودهای FG نامگذاری چهره های مشهور را مختل می کند (آلیسون و همکاران ، 1994 ؛ پوس و همکاران ، 1999). تفاوت در طول مطالعات ممکن است به دلیل تفاوت در جهت تحریک در قشر و تفاوت در مکانهای قشر تحریک شده باشد. مربوط به نکته اول ، مطالعاتی که نشان می دهد نقص نامگذاری ، جفت الکترود را در امتداد یک محور داخلی به جانبی تحریک می کند ، در حالی که مطالعه حاضر در امتداد یک محور خلفی به قدامی تحریک می شود. از آنجا که شواهدی وجود دارد که نشان می دهد جهت تحویل بار به آکسون هایی که بیشترین آشفته را دارند ، تراز شده است (Ranck ، 1975) ، ممکن است که گسترش جریان تحت تحریک میانی-جانبی در مقابل خلفی خلفی متفاوت باشد ، در نتیجه عواقب رفتاری متفاوت ایجاد می کندبشرمربوط به نکته دوم ، این امکان وجود دارد که محققان قبلی سایت های مختلف FG را نسبت به موارد موجود در مطالعه حاضر تحریک کنند. در واقع ، داده های حاضر از پیشرفت های روش شناختی اخیر در محلی سازی آناتومیکی محل های ضبط خون وابسته به سطح اکسیژن رسانی خون FMRI (BOLD) و سابقه ای در سطح قشر مغز بیمار ، که در زمان مطالعات قبلی در دسترس نبود ، بهره مند می شوند.

از آنجا که قرار گرفتن در شبکه در FG نادر است ، یافته های حاضر یک روش واضح و مجموعه ای از سؤالات را برای هدایت تحقیقات آینده ارائه می دهد. اول ، یافته ای از مطالعه حاضر این است که EBS به چهره های PFUS و چهره های MFUS هنگام مشاهده چهره های واقعی بر خلاف اختلالات در مشاهده یا نامگذاری چهره های معروف ، تحریفات بسیار برجسته تر و خاص را القا می کند. دوم ، مشخص نیست که آیا تحریک چهره های PFUS و چهره های MFUS در کنار هم برای القاء تحریفات ادراکی چهره ها ضروری است یا اینکه آیا تحریک تنها یک منطقه (در عین حال با توجه به محور تحریک) برای القاء کسری ادراکی قابل مقایسه کافی استبشرما به دلیل ملاحظات ایمنی که تعداد آزمایشات EBS را محدود می کند ، نتوانستیم این سؤالات را بیشتر مورد بررسی قرار دهیم. اگرچه یافته های EBS ما به وضوح پردازش ادراکی انتخابی چهره در FG را نشان می دهد ، اما ما توجه داریم که آنها ماهیت دقیق چنین پردازش را توضیح نمی دهند. رویکردهای چند حالته آینده با دقت قابل مقایسه در بومی سازی سایتهای EBS برای تعیین ویژگی عملکردی اثر EBS با آزمایش تعداد بیشتری از آزمایشات در طیف وسیع تری از محرک ها ، برای روشن شدن نوع پردازش چهره ای که در FG رخ می دهد ، لازم است. و توضیح اینکه چرا EBS به این مناطق پردازش چهره های واقعی را مختل می کند ، اما در نامگذاری عکس از چهره ها نقص مشابهی ایجاد نمی کند.

یافته های ما از همپوشانی مکانی بین FMRI BOLD و ECOG Broadband Power مطابق با مطالعه اخیر ما در مورد منطقه انسانی MT (Rauschecker et al. ، 2011) و با بدنه بزرگی از شواهد در ادبیات نشان می دهد که تغییرات در قدرت پهنای باند از نظر مکانی استمحدود (فلینکر و همکاران ، 2011) و با هر دو میزان شلیک واحد ارتباط دارد (ری و همکاران ، 2008 ؛ منینگ و همکاران ، 2009) و پاسخهای FMRI (هرمس و همکاران ، 2012). مهمتر اینکه ، ما از ابزار استفاده از FMRI با وضوح بالا و اندازه گیری های متعدد FMRI از انتخاب و انتخابی و رتینوتوپی تأکید می کنیم تا دقیقاً کدام مکان های قشر تحریک شود. افزایش وضوح FMRI باعث بهبود محلی سازی فعال سازی ها و کاهش میزان مکانی مصنوعات حساسیت ، مانند موارد تولید شده توسط کانال گوش می شود. به دست آوردن اندازه گیری های مکمل FMRI و تراز کردن داده ها به آناتومی بومی سوژه ، با در نظر گرفتن رابطه توپولوژیکی بین فعال سازی ها و همچنین موقعیت آناتومیکی آنها ، دقت محلی سازی را بهبود می بخشد. این دقت بهبود یافته به ویژه برای کاربردهای بالینی که در آن شناسایی فعال سازی ها باید بر اساس یک موضوع فردی و با بهترین دقت ممکن تعیین شود ، قابل توجه است.

درمجموع ، ما نقش علّی مناطق انتخابی FG را در درک چهره نشان می دهیم. رویکرد چندمودال ما همگرایی سه روش تحقیقات علوم اعصاب را نشان می دهد: ECOG ، FMRI و EBS. چنین رویکردی اطلاعات دقیق و یک روش منحصر به فرد برای درک نقش علّی سایتهای قشر خاص در ادراک و پیوند داده های EBS به مجموعه ای از نتایج حاصل از مطالعات تصویربرداری غیر تهاجمی در انسان را ارائه می دهد.

پانویسها و منابع

• این تحقیق توسط برنامه Neuroventures Stanford و NIH Grant R01 NS078396-01 به J. P تأمین شد. صندوق تحقیقات علمی بلژیکی (FNRS) به C. J. ، و بنیاد ملی علوم BCS 0920865 و R01 EY019279-01A1 به K. G.-S. ما از بیمار بخاطر درگیری وی در مطالعه تشکر می کنیم. کارکنان واحد نظارت بر صرع استنفورد برای کمک به ضبط های الکتروفیزیولوژیکی. و جان ویناوور برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های رتینوتپی.
• نویسندگان هیچ منافع مالی رقابتی را اعلام نمی کنند.
• مکاتبات باید به دکتر ژوزف پارویزی ، آزمایشگاه عصب شناسی رفتاری و شناختی ، گروه عصب شناسی و علوم عصبی ، 300 پاستور درایو ، استنفورد ، کالیفرنیا 94305 خطاب شود. JParvizistanford. edu

این مقاله به صورت آنلاین از طریق گزینه J Neurosci Open Choice بصورت آنلاین در دسترس است.