Jul 12, 2023
Familiarità del volto rivelata dai movimenti oculari fissativi e dalla fissazione
Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 20178 (2022) Cita questo articolo 741 Accessi 1 Citazioni 1 Altmetrica Dettagli metriche I potenziali eventi correlati (ERP) e l'inibizione oculomotoria (OMI) in
Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20178 (2022) Citare questo articolo
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È noto che i potenziali legati agli eventi (ERP) e l'inibizione oculomotoria (OMI) in risposta ai transitori visivi sono sensibili alle proprietà dello stimolo, all'attenzione e alle aspettative. Recentemente abbiamo scoperto che l'OMI è sensibile anche alla familiarità del volto. Nella visione naturale, la stimolazione della corteccia visiva è generata principalmente dalle saccadi, ed è stato recentemente suggerito che i potenziali correlati alla fissazione (FRP) condividano componenti simili con gli ERP. Qui, abbiamo studiato se i FRP e l'inibizione delle microsaccadi (OMI) nella visione libera sono sensibili alla familiarità del viso. Gli osservatori hanno guardato liberamente una presentazione di sette immagini facciali sconosciute e una familiare presentate in modo casuale per periodi di 4 secondi, con più immagini per identità. Abbiamo misurato l'N1 correlato alla fissazione occipitale rispetto alla grandezza P1 nonché l'OMI associato attivato dalla fissazione. Abbiamo scoperto che l’N1-P1 medio era significativamente più piccolo e l’OMI era più breve per il volto familiare, rispetto a uno qualsiasi dei sette volti non familiari. Inoltre, la P1 veniva soppressa attraverso le saccadi per i volti familiari ma non per quelli non familiari. I nostri risultati evidenziano la sensibilità dei FRP occipitali alle proprietà di stimolo come la familiarità del volto e migliorano la nostra comprensione del processo di integrazione attraverso le saccadi successive nella visione naturale.
Gli studi neurofisiologici tradizionali sulla percezione degli oggetti tipicamente sondano il sistema visivo con stimoli flash, per imitare i transitori indotti dalle saccadi della visione naturale, misurando i potenziali legati agli eventi (ERP). Più recentemente, i potenziali legati alla fissazione (FRP) sono stati utilizzati per studiare la visione in contesti più naturali di visione libera, dimostrando i vantaggi ma anche i limiti di questo metodo1. In generale, questi studi mostrano risultati coerenti con le misurazioni relative agli eventi; tuttavia, nessuno di questi studi ha indagato la familiarità del volto. A differenza degli ERP tradizionali che utilizzavano brevi flash transitori presentati nel campo visivo centrale dell'osservatore, negli ambienti naturali la scena viene scansionata nel tempo tramite saccadi seguendo un'anteprima periferica.
Le prove accumulate da recenti studi sulla visione libera suggeriscono che la risposta del cervello a seguito di una saccade, denominata potenziali legati alla fissazione (FRP), mostra componenti elettrofisiologici molto simili agli ERP. Ad esempio, la risposta lambda occipitale correlata alla saccade riflette la stessa elaborazione delle informazioni del classico VEP P12. Studi recenti che hanno esaminato l'attività selettiva del volto sugli elettrodi temporo-occipitali laterali, N1703, hanno riscontrato una simile maggiore negatività per i volti in condizioni di visione libera4,5. Risultati più classici sono stati replicati in condizioni di visione libera, come il P300 centro-parietale suscitato dal rilevamento del target in una ricerca visiva6 e l'effetto di priming N400 nella lettura naturale7,8. La combinazione delle misurazioni EEG e di tracciamento oculare per studiare la familiarità del volto ci ha permesso di esaminare in modo incrociato il movimento oculare e i cambiamenti elettrofisiologici nel tempo, che sono influenzati dall’assuefazione e dalla conoscenza precedente.
Le microsaccadi (MS) sono saccadi in miniatura, con una dimensione media < 0,5 dva, generate dall'attività neurale nel collicolo superiore (SC)9,10. Si verificano durante la fissazione, con una velocità di uno o due al secondo. È noto che le microsaccadi, così come le saccadi, vengono momentaneamente inibite (inibizione oculomotoria, OMI)11,12,13,14,15,16 dalla presentazione dello stimolo con una latenza di rilascio successiva influenzata dalle proprietà dello stimolo, dall'attenzione e dalle aspettative. Mentre è noto che la salienza dello stimolo, come un contrasto elevato, riduce l'inibizione17, è stata riscontrata un'inibizione prolungata in risposta ai devianti18. Sebbene la maggior parte degli studi utilizzassero stimoli flash, recentemente abbiamo trovato modelli inibitori simili nella visione libera in risposta alla salienza dello stimolo19.
1 dva) landing time, as in our previous study19, in a range of − 0.2 s to 0.8 s relative to the fixation onset with some overlap between epochs. This was taken into consideration when computing the microsaccade Reaction Time (msRT). The msRT was calculated for each epoch relative to the fixation onset in a predefined time window, as the latency of the first microsaccade in that window. The first fixation per trial was always ignored to avoid the flash effect on the OMI. The microsaccade RTs (msRT) were averaged across the epochs of each condition within observers and then averaged across observers, with error bars computed across observers on demeaned (within observer) data, with a correction factor (multiplied by √(n/(n − 1))). This method for computing the error bars allows a better representation of within-participant effects (Cousineau & Morey’s method50; see also Bonneh et al.17. The inter-saccade interval, termed the fixation duration, was calculated as the time interval between the current fixation onset and the next fixation onset, including only MS-free fixations./p> 1 dva) landing time in a range of − 0.1 s to 0.3 s, relative to the fixation onset to minimize overlapping data between epochs. The first fixation per trial was always ignored to avoid the flash effect. Since our EEG system had only eight channels and is not equipped with EOG electrodes, ICA and deconvolution methods for correcting ocular artifacts were not used. Instead, overlapping data points between proximal saccades were excluded on both epochs triggered by those saccades, as well as epochs with blinks or microsaccades that occurred at less than 200 ms after fixation onset. We focused on the early components at occipital electrodes O1 and O2, which are less prone to be affected by ocular artifacts. We then computed the positive and negative peaks in a predefined time range. The P1 peak was measured using a 50–150 ms time range, and the N1 was measured in a 100–200 ms window with no baseline correction. Finally, we calculated the baseline-corrected peak-to-peak N1 relative to the P1 magnitude (N1-P1). Peak extraction was optimized by setting an individual time range for each observer at around their average peak latency, within the predefined time range, from all the conditions combined. This was done to avoid using a long time-range to overcome the latency differences across observers, which would increase the false peak discoveries. Extreme value artefacts were not allowed using a peak magnitude threshold exceeding ± 50 µVolts. To ensure that we used a similar number of epochs per participant, we used an estimation of an average of 3 saccades per second to include only the first 12 epochs per trial (trial duration = 4 s), in the final analysis./p> 0.08 dva) as triggers for FRP. The results are shown in Fig. 3a. A significantly smaller N1-P1 magnitude was found for the familiar identity, compared with each of the unfamiliar identities, p < 0.015 (F(7112) = 2.62, One-way ANOVA). This effect was much smaller than the effect induced by larger (> 1 dva) saccades (p < 0.0005 (F(7112) = 4.04, One-way ANOVA, see Fig. 3b). A multiple comparisons test yielded three out of seven significantly different groups from the familiar identity, with an illustration of the confidence intervals. To account for the individual contribution to the results, a detailed observer scatter plot with a different color for each participant and a dot for an unfamiliar identity N1-P1 magnitude, compared with the familiar one, indicated that most of the dots are above the diagonal, signifying a larger magnitude for the unfamiliar one (see Fig. 3c)./p> 0.08 dva in (f) and > 1 dva in (g)), for each of the 8 identities, averaged across observers using a 200–600 ms duration range and MS-free fixations only in (g). Like msRT, the fixation duration is shorter for the familiar, but the results were insignificant. (h) The same as in (e) but for fixation duration. The results show a nonsignificant relation (R = 0.17, p = 0.078)./p> 8 dva. The msRT/fixation-duration and the N1-P1, grouped by unfamiliar identity and each of the observers, show a positive correlation (R = 0.31, p = 0.001, and R = 0.17, p = 0.078, Pearson’s correlation)./p> 1 dva) did not differ between familiar and unfamiliar identities when averaged across observers (Fig. 6a), or when plotted for each observer in a scatter plot (Fig. 6b). A significant positive relation (r2 = 0.41, Pearson correlation) of the P1 magnitude and the saccade size (p = 0.0016, LMM) is plotted in Fig. 6c, which is consistent with previous studies. Figure 6d shows that the N1-P1 magnitude was also positively correlated with saccade size (r2 = 0.36, Pearson correlation; p = 0.012, LMM), because it was calculated relative to the P1 magnitude (peak-to-peak). Finally, the corrective microsaccade latencies show a negative correlation with saccade size (r2 = 0.85, Pearson correlation; p = 0.00001, LMM); thus, larger saccades induced faster microsaccade reaction times due to the lower peripheral preview acuity (see Fig. 6e)./p> 1 dva as triggers for fixation-related responses is indeed important and whether the threshold we use is critical for generating the familiarity effect. We first noted that the main theme in the current study as well as in our previous study19 is that each saccade generates a transient stimulus to the visual system, such as the flashed stimuli in the ERP and OMI studies. Microsaccades also generate a transient visual stimulation, but their magnitude is smaller (see Fig. 6d,e, assuming that the occipital FRP magnitude will become smaller below 1 dva, not shown). The use of a 1 dva threshold in the current study was initially derived from a popular definition of microsaccades (e.g.81,82,83) corresponding to the size of the foveola, although other studies use smaller thresholds, e.g. 0.5 dva84,85. Overall, when considering all saccades as fixation-inducing, the FRP familiarity effect was still significant but degraded (compare Fig. 3a,b), whereas the OMI effect became insignificant (Fig. 5f,g). See FRP & OMI familiarity effect pars in Results./p>
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