De dynamiek van representatieverandering die ten grondslag ligt aan herinnering

Per proefpersoon zullen er twee fMRI-sessies worden uitgevoerd. In de lokalisatiesessie zullen de onderzoekers anatomische beelden en fMRI-gegevens verzamelen die nodig zijn om visuele gebieden te definiëren in de eigen hersenruimte van elk individu. Naast twee anatomische beelden met hoge resolutie, zullen er twee korte functionele taken worden afgenomen van elke deelnemer: 1) populatie receptief veld (pRF) mapping; 2) visuele categorie lokalisator. De pRF-mappingtaak zal bestaan uit meerdere runs van een barapertuur die over de centrale 8 graden van het gezichtsveld beweegt. Dit stelt ons in staat om de retinotopische gevoeligheid van individuele voxels in de visuele cortex te schatten en grenzen te trekken tussen verschillende retinotopische veldkaarten. De visuele categorie lokalisator zal een blokontwerp zijn met verschillende beeldcategorieën. Dit stelt ons in staat om hogere-niveau categorie-selectieve hersengebieden te definiëren.

In de experimentele sessie zullen de onderzoekers fMRI-gegevens verzamelen terwijl proefpersonen perceptie en herinnering van dezelfde stimuli ondergaan. Om te beoordelen of onze bevindingen generaliseerbaar zijn voor zowel eenvoudige als complexe visuele stimuli, zullen twee klassen stimuli worden gebruikt: eenvoudige patronen in discrete ruimtelijke locaties, volgens eerder onderzoek, en natuurlijke beelden. In studeersessies zullen proefpersonen cue-stimulusparen bestuderen. Gekleurde fixatiepunten zullen worden gebruikt als cues. Stimuli zullen afkomstig zijn uit een van de bovengenoemde klassen. In herinneringssessies zullen deelnemers worden gevraagd om de stimulus te herinneren gegeven de cue. Herinnering zal plaatsvinden onder een van twee condities: herhaald en controle. De herhaalde conditie stelt ons in staat om te onderzoeken hoe geheugenrepresentaties evolueren met herhaalde oproep, terwijl de controleconditie een overeenkomende basislijn zal bieden om veranderingen over hetzelfde tijdsinterval te beoordelen. Voor paren in de herhaalde conditie zullen deelnemers elke stimulus 5 keer herinneren, afgewisseld met herinneringen van andere paren. Voor paren in de controleconditie zullen deelnemers elke stimulus 2 keer herinneren. Cruciaal is dat herinneringen in deze conditie zo worden gespreid dat ze overeenkomen met herinneringen 1 en 5 uit de herhaalde conditie, wat een controle biedt voor verstreken tijd. Studie- en herinneringssessies zullen in afwisselende volgorde worden uitgevoerd.

Analyses zullen BOLD-activiteitspatronen van herhaalde oproep, controle-oproep en studeersessies vergelijken. Gegevens van studieproeven zullen worden gemiddeld om één patroon per stimulus te vormen. Oproepgegevens zullen afzonderlijk worden geanalyseerd voor elke stimulus en oproeppoging in beide condities. Voor zowel ruimtelijke stimuli als natuurlijke beelden zullen de onderzoekers zich richten op het vergelijken van representatieve veranderingen tussen herhaalde en controlecondities. Hoewel de specifieke modellen die worden gebruikt om hersenrepresentaties te karakteriseren verschillen per stimulustype, zullen de analyses verder parallelle procedures volgen. Voor ruimtelijke stimuli zullen de onderzoekers een eerder gepubliceerde aanpak gebruiken die pRF-schattingen combineert met taakgebaseerde BOLD-gegevens om ruimtelijke afstemming in visuele gebieden te kwantificeren. Deze methode beoordeelt de amplitude van de taak-geïnduceerde BOLD-respons in elke voxel als een functie van de afstand tussen de pRF van de voxel en de ruimtelijke locatie van de stimulus. De onderzoekers zullen ruimtelijke afstemming vergelijken tussen herhaalde en controle oproepcondities, evenals met de studieconditie, om te bepalen of veranderingen in ruimtelijke afstemming accumuleren bij herhaalde oproep. Voor natuurlijke beelden zullen de onderzoekers de representatiestructuur van BOLD-activiteitspatronen vergelijken met die van een convolutioneel neuraal netwerk (CNN) model. Met behulp van representatieve gelijkenisanalyse (RSA) zullen de onderzoekers de gelijkenis beoordelen tussen CNN-afgeleide embeddings en BOLD-activiteitspatronen tijdens zowel studie als herinnering. Hogere correlaties met vroege CNN-lagen suggereren dat laag-niveau visuele kenmerken worden gerepresenteerd, terwijl hogere correlaties met diepere lagen de representatie van hoog-niveau visuele kenmerken aangeven. De onderzoekers zullen deze aanpak gebruiken om correlaties uit de herhaalde en controlecondities te vergelijken, waarbij wordt getest of representatieve veranderingen versterken met herhaalde oproep.