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Neuroimaging - Orientierungsselektivit

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Title: Neuroimaging - Orientierungsselektivit

1
Neuroimaging- Orientierungsselektivität im V1

2
Haynes Rees Predicting the orientation of
invisible stimuli from activity in human primary
visual cortex
3

Im V1 Neurone unterschiedlicher
Orientierungspräferenz in Windrad-Muster
angeordnet
Physiologische Messung unbewusster
merkmalssensitiver Verarbeitung im menschlichen
V1 schwierig zu erfassen (niedrige räumliche
Auflösung funktioneller Magnetresonanztomographie)
? Multivariate Mustererkennung Möglichkeit,
Informationen über Reizorientierung, die in
Aktionsmustern im V1 enthalten sind, zu
berücksichtigen

4
Hypothesen

Methode kann erfolgreich zwischen verschiedenen
Aktionsmustern unterscheiden (kurze
Repräsentation rechtwinklig orientierter Gitter)
Existenz einer unbewussten Orientierungsrepräsenta
tion im menschl. V1
Auch wenn Gitterreize maskiert werden, kann man
durch Messung der V1-Aktivität auf
Reizorientierung schließen

5
Experiment 1

4 VP
Stimuli schräg orientiertes Gitter in Ringform
um Fixationspunkt (45 nach links oder rechts
geneigt)

Einzige Messung der Hirnaktivität ausreichend
Reizorientierung mit hoher Genauigkeit
klassifizierbar
Verbesserte Klassifikationsgenau-igkeit bei
Betrachtung der Aktionsmuster von großer Anzahl
Voxel (20-50 Genauigkeit ca. 80)

8
Experiment 2

Untersuchung, ob Musterklassifikation mittels
Antwortmuster im V1 genutzt werden kann, um
vorherzusagen, wie maskierter, unsichtbarer Reiz
orientiert ist

4 VP
Selbe Gitter wie Exp.1, aber maskiert
standing wave of invisibility
Einzelnes Zielmuster wechselt sich wiederholt mit
2 Masken ab ? anhaltende Unsichtbarkeit des
Targets

Trotz Wissen über Maskierung waren VP unfähig
Orientierung der maskierten Gitter zu erkennen ?
Zufallsleistung
Aktivitätsmuster im V1 Genauigkeit über
Zufallsniveau (1 Voxel 50, bei
mehreren ca.57)

Erster direkter Beweis, dass V1 gegenüber
Stimulusorientierung außerhalb der bewussten
Aufmerksamkeit sensitiv ist
Vorhersagegenauigkeit für maskierte Gitter
dennoch geringer als für bewusst wahrgenommene
Gitter

Vorhersagegenauig-keit für sichtbare und
unsichtbare Gitter nimmt von V1 zu V2 zu V3 ab
Für maskierte Gitter konnte man Orientierung nur
aus V1 vorhersagen

13
Kamitani Tong

ensemble feature selectivity (gemeinsame
Merkmalsselektivität) ? fMRT-Multivoxelmusteranaly
se ? neuronale Entschlüsselung der wahrgenommenen
Orientierung
Hypothese einzelnes Voxel geringe Verzerrung der
Orientierungsselektivität, aber Aktionsmuster
vieler Voxel stabile Orientierungsselektivität

15
Methode

VP sahen rundes Gitter mit 1 von 8 möglichen
Orientierungen (0, 22,5,,157,5) ? Reize
wurden alle 250 ms an- und ausgeschaltet
Neuronale Aktivität in V1-V4 und MT wurde
gemessen
Pro Orientierung 20-24 Durchgänge

16
1) Orientierungsdekodierer und ensemble feature
selectivity

Konstruktion eines Orientierungsdekodierers, um
fMRT-Aktivität bei verschiedenen Durchgängen zu
messen
Input durchschnittliche Antwortamplitude von
jedem Voxel
Optimierung der Voxelantworten, sodass Output für
präferierte Orientierung am größten war

Einzelne Voxel geringe Antwortselektivität auf
verschiedene Orientierungen
Ensemble orientation detector (Summe vieler
Voxelantworten) stabile abgestufte Antworten,
die mit Ähnlichkeit der Reizorientierung zur
präferierten Orientierung zunahm
? Ergebnisse weisen darauf hin, dass ensemble
pattern der fMRT-Aktivität Orientierungsinformatio
nen enthält, die Selektivität der einzelnen Voxel
weit übertreffen

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2) Genauigkeit der Orientierungs-dekodierung in
visuellen Gebieten

Mittels ensemble activity präzise
Entschlüsselung, welche der 8 Orientierungen
gesehen wurde
Fehler, die gelegentlich bei ähnlichen
Orientierungen auftrat

Unstimulierte Regionen rund um foveale
Repräsentation in V1/V2 Zufallslevel
Unabhängigkeit der Orientierungsinformation in
beiden Hemisphären
? jede Hemisphäre konnte Orientierung des
kontralateralen, aber nicht des ipsilateralen
Reizes entschlüsseln

21
3) Gedankenlesen von betrachteten Orientierungen

Hypothese
Aktivitätsmuster verschieben sich in Richtung
betrachteter Orientierung
Orientierungsmuster sind stark in Richtung
betrachteter Orientierung verzerrt, obwohl
überlappende Orientierungen dargeboten wurden
Genauigkeit bis 80

Auch wenn VPs auf beide Gitter gleichzeitig
Aufmerksamkeit lenkten Entschlüsselung beider
Orientierungen
? Neue Beweise, dass Aufmerksamkeit die
Orientierungssignale auf frühester Stufe der
kortikalen Verarbeitung beeinflussen, wenn sich 2
Reize vollständig überlappen

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Klausurfragen

Wodurch erreicht man bei der fMRT-Untersuchung
der Orientierungsselektivität im visuellen Kortex
eine höhere Vorhersagegenauigkeit und stabilere
Antworten?
Wie entwickelt sich die neuronale
Vorhersagegenauigkeit betrachteter Orientierungen
sichtbarer und unsichtbarer Gitterreize vom V1
bis zu höheren Arealen im visuellen Kortex?
Was ist im Zusammenhang mit der neuronalen
Orientierungsselektivität mit Unabhängigkeit der
Orientierungsinformation in den Hemisphären
gemeint?