Undersöka rollen av funktionsdimensionskartor i visuell kognition: påverkan av uppgiftskrav (Expt 2.1)

I detta experiment kommer deltagarna att engagera sig i alla uppgiftsförhållanden i en design med upprepade åtgärder. Deltagare tilldelas inte slumpmässigt till grupper, eftersom alla deltagare kommer att uppleva samma uppsättning experimentella manipulationer. I detta experiment kommer deltagarna att engagera sig i en serie utmanande visuella uppmärksamhetsuppgifter medan deras ögonposition spåras under fMRI-skanning.

I alla uppgifter kommer deltagarna att utföra utmanande diskrimineringsbedömningar baserat på en stimulans som presenteras vid fixeringspunkten (diskriminera bildförhållandet för ett + mål - brett eller högt?), eller en stimulans som presenteras i periferin (rörde prickarna medurs/moturs var prickarna orange/cyan?). Beteendesvar kommer att spelas in med en knapptryckning, som deltagarna gör med hjälp av en fMRI-kompatibel knapplåda som hålls i höger hand.

I detta experiment kommer utredarna att manipulera aspekter av beteendeuppgiften samtidigt som stimulansvisningen hålls konstant. Dessa manipulationer kommer att tillåta utredarna att testa rollen av funktionsselektiva retinotopiska regioner av intresse (ROI) för att transformera rumsliga representationer av framträdande platser som en funktion av uppgiftens relevans för att styra visuell uppmärksamhet.

I detta experiment (experiment 2.1) kommer utredarna att presentera en enda stimulans på en perifer plats på en tom bakgrund som innehåller ekviluminerande färgade rörliga prickar (orange och cyan prickar, som rör sig både medurs och moturs runt stimuluscentrum). Deltagarna kommer att uppmanas i början av varje försök att rapportera antingen den mest framträdande färgen på prickarna (orange eller cyan), den mest framträdande rörelseriktningen (medurs eller moturs), eller att utföra en fixeringsuppgift. Om övervakningen av en särdragsdimension modulerar aktiveringsprofilerna inom motsvarande dimensionskarta, förväntar sig utredarna att se en selektiv förbättring av stimulusrepresentationen i dimensionskartan för en region som föredrar det bevakade särdraget.

Deltagarna kommer också att skannas för en anatomisk och retinotopisk kartläggningssession, som gör det möjligt för utredarna att identifiera hjärnregioner för ytterligare analys med hjälp av väletablerade och standardiserade procedurer.

STATISTISK DESIGN & KRAFT

De fMRI-studier som beskrivs i denna studiepost använder en inverterad kodningsmodell (IEM) för rumslig position för att kvantifiera stimulusrepresentationer i rekonstruerade rumsliga kartor över synfältet baserat på aktiveringsmönster uppmätta i retinotopiska funktionsselektiva ROI. Utredarna identifierar noggrant ROI med hjälp av oberoende retinotopkartläggnings- och lokaliseringstekniker, och använder en "mappnings"-uppgift för att uppskatta en "fast" kodningsmodell för användning över alla förhållanden i varje rapporterat experiment. Dessa designbeslut säkerställer att utredarna kan maximera sin förmåga att upptäcka effekterna av deras manipulationer av intresse inom enskilda deltagare och hjärnregioner och maximera den statistiska kraften. Utredarna använder en kompromiss mellan djupavbildning av flera experimentella och stimulerande förhållanden inom enskilda deltagare och aggregering av data över ett måttligt urval av dessa djupt avbildade deltagare (n = 10; se nedan). Detta gör det möjligt för utredarna att uppnå högkvalitativa, reproducerbara uppskattningar av modellbaserade stimulusrepresentationer över uppgifts- och stimulusmanipulationer inom enskilda deltagare och genomföra statistiska slutsatser om dessa mätningar över studieprovet.

fMRI-analyser kommer att utföras inom varje deltagares individuella hjärna, och voxels tilldelas "region"-etiketter enligt oberoende kriterier (funktionell retinotopkartering). Följaktligen finns det inga jämförelser som kräver exakt anpassning av hjärnvävnad mellan deltagare, och ingen generering av gruppgenomsnittliga "kartor" över hjärnaktivering. Som sådan är oro för reproducerbarheten av hjärnkartor och associerade statistiska maktproblem irrelevanta för denna studiedesign.

Studiens statistiska design är en design med upprepade åtgärder, där varje deltagare utsätts för alla manipulationer i studien. Ordningen på manipulationer varje deltagare upplever är randomiserad mellan deltagarna. Utredarna kommer att använda icke-parametriska randomiseringstester för alla statistiska jämförelser där de kommer att utföra hypotestestning (t.ex. variansanalys med upprepade mätningar) med hjälp av "blandade" data (feljusterade tillståndsetiketter i förhållande till uppmätt kartaktivering vid varje försök) för att generera en nollfördelning av teststatistik under nollhypotesen om ingen effekt av deras oberoende variabel(er). När denna procedur väl upprepats (1 000 gånger) per test kan p-värdet uppskattas genom att jämföra teststatistiken som beräknats med hjälp av intakta etiketter med denna nollfördelning, och korrigeras för flera jämförelser efter behov (t.ex. via falsk upptäcktsfrekvens). Att använda permutationsprocedurer för att generera en nollfördelning minimerar beroendet av parametriska antaganden.

Dessutom är experimenten inom studien utformade så att tillräckligt med data kommer att inhämtas så att data från varje enskild deltagare kan användas för att testa effekterna av intresse. Följaktligen kan varje deltagare betraktas som oberoende "replikering" av varje annan deltagare. Tidigare studier som antagit en liknande metod där IEM-baserade rekonstruktioner av visuella stimuli jämförs mellan förhållanden har använt relativt små provstorlekar (n = 7-8). Andra studier som använder populationsreceptiva fältmodeller eller platsspecifik funktionell lokaliserare, som i princip liknar metoden som används här, har använt mindre urvalsstorlekar (t.ex. n = 6).

Provstorlek och statistisk styrka:

I denna studie kommer utredarna att skaffa en mellanliggande provstorlek med omfattande data per uppgiftsvillkor (n = 10; 2 experimentella fMRI-sessioner, vardera 1,5-2 timmar, för varje deltagare; tillsammans med en 2-timmars anatomisk avbildning och retinotopisk kartläggning av fMRI session). Av särskilt intresse använde en studie n = 6 deltagare för att fastställa med en stor effektstorlek dz = 3,52 att V1-voxlar inställda på en stimulusplats där en framträdande stimulus definierades av funktionskontrast svarar starkare än när funktionskontrast saknas. I en annan studie rapporterades liknande effektstorlekar av denna grupp i en färgselektiv ROI känd som hV4 (n = 6; dz = 1,06 respektive 1,80 för orienterings- och rörelsebaserad kontrast).

Följaktligen, om man antar en konservativ effektstorlek på 0,90 (baserat på de som rapporterats tidigare), förväntar sig forskarna att en urvalsstorlek på n = 10 kommer att göra det möjligt för studien att vara väldriven (80 %, α = 0,05) för att upptäcka en liknande förändring i Experiment 1.1, som är mest analogt med denna studie (ensidigt parat T-test).

Dessutom använde utredarna sina pilotdata (n = 3) för att mäta effektstorleken för den kritiska jämförelsen mellan framträdande relaterade moduleringar mellan funktionsselektiva regioner för att vara dz = 3,10 för den framträdande definierande funktionen. Dessa värden står i proportion till de som citeras ovan och stödjer ytterligare valet av urvalsstorlek. Om analyser av data som förvärvats under ytterligare pilottestning och experimentförfining tyder på mindre effektstorlekar, kommer utredarna att förfina effektanalyserna och justera den beräknade registreringen i enlighet med detta för att säkerställa robusta och reproducerbara resultat. Observera att denna effektanalys bygger på parametriska antaganden som inte kommer att krävas för de föreslagna analyserna, som åberopar randomiseringsmetoder för att beräkna empiriska nollfördelningar.