Undersøke rollen til funksjonsdimensjonskart i visuell kognisjon: Effekten av oppgavekrav (Expt 2.1)

I dette eksperimentet vil deltakerne engasjere seg i alle oppgaveforhold i et design med gjentatte målinger. Deltakerne blir ikke tilfeldig tildelt grupper, da alle deltakerne vil oppleve det samme settet med eksperimentelle manipulasjoner. I dette eksperimentet vil deltakerne delta i en rekke utfordrende visuelle oppmerksomhetsoppgaver mens øyeposisjonen deres spores under fMRI-skanning.

I alle oppgaver vil deltakerne utføre utfordrende diskrimineringsdommer basert på en stimulus presentert ved fikseringspunktet (diskriminere sideforholdet til et + mål - bredt eller høyt?), eller en stimulus presentert i periferien (beveg prikkene med klokken/mot klokken var prikkene oransje/cyan?). Atferdsreaksjoner vil bli registrert med et knappetrykk, som deltakerne vil lage ved hjelp av en fMRI-kompatibel knappeboks holdt i høyre hånd.

I dette eksperimentet vil etterforskerne manipulere aspekter ved atferdsoppgaven samtidig som stimulusvisningen holdes konstant. Disse manipulasjonene vil tillate etterforskerne å teste rollen til funksjonsselektive retinotopiske regioner av interesse (ROI) i å transformere romlige representasjoner av fremtredende steder som en funksjon av oppgavens relevans for å veilede visuell oppmerksomhet.

I dette eksperimentet (eksperiment 2.1) vil etterforskerne presentere en enkelt stimulus på et perifert sted på en tom bakgrunn som inneholder ekviluminerende fargede bevegelige prikker (oransje og cyan prikker, som beveger seg både med og mot klokken rundt stimulussenteret). Deltakerne vil bli oppfordret i begynnelsen av hver forsøk til å rapportere enten den mest fremtredende fargen på prikkene (oransje eller cyan), den mest fremtredende bevegelsesretningen (med eller mot klokken), eller å utføre en fikseringsoppgave. Hvis ivaretakelse av en funksjonsdimensjon modulerer aktiveringsprofilene innenfor det korresponderende dimensjonskartet, forventer etterforskerne å se en selektiv forbedring av stimulusrepresentasjonen i dimensjonskartet til en region som foretrekker den aktuelle funksjonen.

Deltakerne vil også bli skannet for en anatomisk og retinotopisk kartleggingsøkt, som vil tillate etterforskerne å identifisere hjerneregioner for videre analyse ved hjelp av veletablerte og standardiserte prosedyrer.

STATISTISK DESIGN & KRAFT

fMRI-studiene beskrevet i denne studieposten bruker en invertert kodingsmodell (IEM) for romlig posisjon for å kvantifisere stimulusrepresentasjoner i rekonstruerte romlige kart over synsfeltet basert på aktiveringsmønstre målt i retinotopiske funksjonsselektive ROIer. Etterforskerne identifiserer grundig ROI ved å bruke uavhengige retinotopiske kartleggings- og lokaliseringsteknikker, og bruker en "mapping"-oppgave for å estimere en "fast" kodingsmodell for bruk på tvers av alle forhold i hvert eksperiment som er rapportert. Disse designbeslutningene sikrer at etterforskerne kan maksimere deres evne til å oppdage effekter av deres manipulasjoner av interesse innenfor individuelle deltakere og hjerneregioner og maksimere den statistiske kraften. Etterforskerne bruker et kompromiss mellom dyp avbildning av flere eksperimentelle og stimulusforhold i individuelle deltakere og aggregering av data over et moderat utvalg av disse dypt avbildede deltakerne (n = 10; se nedenfor). Dette gjør det mulig for etterforskerne å oppnå høykvalitets, reproduserbare estimater av modellbaserte stimulusrepresentasjoner på tvers av oppgave- og stimulusmanipulasjoner innen individuelle deltakere og utføre statistisk slutning om disse målingene på tvers av studieutvalget.

fMRI-analyser vil bli utført innenfor hver deltakers individuelle hjerne, og voxels blir tildelt "region"-etiketter i henhold til uavhengige kriterier (funksjonell retinotopisk kartlegging). Følgelig er det ingen sammenligninger som krever nøyaktig justering av hjernevev mellom deltakerne, og ingen generering av gruppegjennomsnittlige 'kart' over hjerneaktivering. Som sådan er bekymringer om reproduserbarhet av hjernekart og tilhørende statistiske maktproblemer irrelevante for denne studiedesignen.

Studiens statistiske design er et design med gjentatte mål, hvor hver deltaker blir utsatt for alle manipulasjoner i studien. Rekkefølgen av manipulasjoner hver deltaker opplever er randomisert på tvers av deltakerne. Etterforskerne vil bruke ikke-parametriske randomiseringstester for alle statistiske sammenligninger der de vil utføre hypotesetesting (f.eks. variansanalyse med gjentatte mål) ved å bruke "shuffled" data (feiljusterte tilstandsetiketter i forhold til målt kartaktivering på hver prøve) for å generere en nullfordeling av teststatistikk under nullhypotesen om ingen effekt av deres uavhengige variabel(er). Når denne prosedyren er gjentatt omfattende (1000 ganger) per test, kan p-verdien estimeres ved å sammenligne teststatistikken beregnet ved bruk av intakte etiketter med denne nullfordelingen, og korrigert for flere sammenligninger etter behov (f.eks. via falsk oppdagelsesrate). Bruk av permutasjonsprosedyrer for å generere en nullfordeling minimerer avhengigheten av parametriske forutsetninger.

I tillegg er eksperimentene i studien utformet slik at tilstrekkelige data vil bli innhentet til at data fra hver enkelt deltaker kan brukes til å teste effekten av interesse. Følgelig kan hver deltaker betraktes som uavhengig 'replikering' av hver annen deltaker. Tidligere studier som tok i bruk en lignende metodikk der IEM-baserte rekonstruksjoner av visuelle stimuli sammenlignes mellom forhold, har brukt relativt små prøvestørrelser (n = 7-8). Andre studier som bruker populasjonsreseptive feltmodeller eller stedsspesifikk funksjonell lokalisator, som i prinsippet er veldig lik tilnærmingen som brukes her, har brukt mindre utvalgsstørrelser (f.eks. n = 6).

Prøvestørrelse og statistisk kraft:

I denne studien vil etterforskerne anskaffe en mellomliggende prøvestørrelse med omfattende data per oppgavetilstand (n = 10; 2 eksperimentelle fMRI-økter, hver 1,5-2 timer, for hver deltaker; sammen med en 2-timers anatomisk avbildning og retinotopisk kartlegging fMRI økt). Av spesiell interesse brukte en studie n = 6 deltakere for å fastslå med en stor effektstørrelse dz = 3,52 at V1-voxels innstilt til et stimulussted der en fremtredende stimulus ble definert av funksjonskontrast reagerer sterkere enn når funksjonskontrast er fraværende. I en annen studie ble lignende effektstørrelser rapportert av denne gruppen i en fargeselektiv ROI kjent som hV4 (n = 6; dz = 1,06 og 1,80 for henholdsvis orienterings- og bevegelsesbasert kontrast).

Følgelig, forutsatt en konservativ effektstørrelse på 0,90 (basert på de som er rapportert tidligere), forventer etterforskerne at en prøvestørrelse på n = 10 vil tillate studien å være veldrevet (80 %, α = 0,05) for å oppdage en lignende endring i Eksperiment 1.1, som er mest analogt med denne studien (en-sidet paret T-test).

I tillegg brukte etterforskerne sine pilotdata (n = 3) for å måle effektstørrelsen for den kritiske sammenligningen mellom salience-relaterte modulasjoner mellom funksjonsselektive regioner til å være dz = 3,10 for den salience-definerende funksjonen. Disse verdiene er i samsvar med de som er sitert ovenfor, og støtter valget av prøvestørrelse ytterligere. Hvis analyser av data innhentet under ytterligere pilottesting og eksperimentavgrensning antyder mindre effektstørrelser, vil etterforskerne avgrense effektanalysene og justere den anslåtte registreringen tilsvarende for å sikre robuste og reproduserbare resultater. Merk at denne kraftanalysen er avhengig av parametriske antakelser som ikke vil være nødvendig for de foreslåtte analysene, som påkaller randomiseringsmetoder for å beregne empiriske nullfordelinger.