Pre-stimulus neuronal phase correlates of conscious visual perception in threshold stimuli detection tasks

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-01-17
Department
Major/Subject
Systeemi neurotieteet
Mcode
SCI3060
Degree programme
Master’s Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
36 + 12
Series
Abstract
The predictive nature of the pre-stimulus phase of neuronal oscillations in conscious visual perception has remained elusive and controversial, though evidence is leaning toward rhythmic modulation of the perceptual outcome. Significant phase opposition effects have been found in theta and alpha frequency bands in the pre-stimulus window and especially the frontal and posterior brain regions have been identified. In this study we analyzed magnetoencephalography recordings with state-of-the-art high-resolution source models and estimated the phase opposition sum (POS) to determine the significance and anatomical distribution of the effects for three differently cued visual threshold stimuli detection tasks. Significant phase opposition was found in all three paradigms in theta and alpha frequency bands. The observed effect was strongest in the theta frequency band for all the three studied paradigms and especially in attention cued paradigm. Perceptual outcome predicting pre-stimulus phase opposition was found in multiple cortical subsystems corresponding to control and processing. Experimental paradigms without attention cue had increased fraction of significant pixels in the fronto-parietal network, which emphasizes the need for task-switching and reorienting of attention. Lack of response cue in paradigm design affects the pre-stimulus phase opposition dynamics via motor preparation and anticipation, which should be noted when designing experimental paradigms. Together, these findings shed light on the cortical dynamics and anatomy that influence the perceptual outcome in different task designs.

Ärsykettä edeltävien neuronaalisten oskillaatioiden vaiheiden ennustava luonne tietoisessa havainnoinnissa on pysynyt vaikeaselkoisena ja kiistanalaisena, joskin tulokset kallistuvat rytmisen modulaation puolelle. Tilastollisesti merkityksellisiä efektejä on löydetty alpha ja theta taajuusalueilta aikaikkunasta ennen visuaalista ärsykettä, joissa etenkin aivojen etu- ja takaosan merkityksellisyys on havaittu. Tässä tutkimuksessa käytimme magnetoenkefalografiaa (MEG) yhdistettynä korkean resoluution lähdemallinnuksiin tarkkuuspainotetuilla käänteisoperaattoreilla ja vaiheen vastakkaisuuden summaa (Phase opposition sum, POS) yhdessä kolmen erilaisen kynnysärsykkeiden tunnistustehtävän kanssa Tilastollisesti merkityksellinen vaiheen vastakkaisuuden summa havaittiin theta ja alpha taajuuskaistoilla. Havaittu efekti oli voimakkain theta taajuudella jokaisessa tutkitussa koeasetelmassa ja etenkin tarkkaavaisuusvihjeen tutkimusasetelmassa. Havainnointia ennustava ärsykettä edeltävän vastakkaisen vaiheen summa paikallistui useisiin aivokuoren alueisiin, jotka vastaavat kontrollista ja prosessoinnista. Tutkimusasetelmat ilman tarkkaavaisuusvihjettä omasivat suuremman määrän merkityksellisiä pikseleitä analyysi ikkunassa, joka korostaa tarvetta tehtävänvaihdolle ja tarkkaavaisuuden uudelleen ohjaamiselle. Vastausvihjeen puuttuminen vaikuttaa ärsykettä edeltäviin dynamiikoihin motorisen valmistelun ja ennakoinnin osalta, jotka tulisi ottaa huomioon tutkimusasetelman suunnittelussa. Yhdessä nämä tulokset valottavat aivokuoren ennustavia dynamiikoita ja anatomiaa, jotka vaikuttavat havainnoinnin tulemaan erilaisissa tutkimusasetelmissa.
Description
Supervisor
Palva, Matias
Thesis advisor
Palva, Satu
Keywords
MEG, conscious visual perception, source modeling, POS, pre-stimulus, fidelity-weighting
Other note
Citation