Neural mechanisms of visual object representation in the human brain
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des Forschungsprojektes war die Untersuchung neuronaler Mechanismen der kortikalen Objektrepräsentation. Dabei stand besonders die induzierte Gammabandantwort (GBA), eine kurzer hochfrequenter „Burst“ (> 30 Hz) im menschlichen EEG im Fokus des Interesses. GBAs treten typischerweise entweder evoziert (zeit- und phasengebunden zum Stimulus) oder induziert (nicht phasengebunden) auf. Diese Gehirnantworten wurden mit Merkmalsbindung und Objektrepräsentation in Verbindung gebracht. Der klassische Befund war ein hochamplitudiger „Burst“ mit einer Latenz von zirka 200-350 ms wenn Probanden(innen) ein erkennbares Objekt gesehen haben, der nicht vorhanden war wenn ein „Nichtobjekt“ präsentiert wurde. Im Jahr 2008 wurde eine Arbeit veröffentlicht, die zeigen konnte, dass dieses EEG Signal mit Muskelaktivität die aus Minisakkaden resultierte kontaminiert sein kann (Yuval-Greenberg et al., 2008). Diese Minisakkaden sind zu klein als dass sie mit herkömmlichen EEG Artefakterkennungsmethoden identifiziert werden könnten. Aus diesem Grund wurde der Beginn das Projekt um einige Jahre verschoben, bis erste Hinweise zur Behandlung dieses Problems erkennbar wurden. Das Projekt hat sich folgerichtig deswegen zuerst mit dem Problem auseinandergesetzt, wie diese Minisakkaden erkannt und korrigiert werden können. Der Ausgangspunkt war eine Methode die von Keren, Yuval-Greenberg und Deouell (2010) veröffentlicht wurde. Erst nachdem die Beherrschung dieser möglichen Artefaktquelle sichergestellt war, konnte sich das Projekt um die inhaltliche Fragestellung bemühen. Dazu entwarfen wir ein experimentelles Design das auf der Grundlage von Bars Modell (2003) den Beitrag von räumlichen hoch- und niedrigfrequenten Bildanteilen zu untersuchen erlaubte. Weiterhin haben wir die Augenbewegungen bei diesen Stimuli mit einem Eye-tracker aufgezeichnet und analysiert. In Bars Modell spielen vor allem die niedrigfrequenten Anteile eine wichtige Rolle zur frühen Objektidentifikation. Weiterhin spielen Luminanzkontrast und Farbinformation eine wichtige Rolle. Am Ende dieses Projektes sind wir in der Lage, ein Softwarepaket als kostenfreier „open access“ zur Erkennung und Korrektur von Minisakkaden zur Verfügung zu stellen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass induzierte GBA nach der Korrektur eine stabile zeitlich länger andauernde Gehirnantwort darstellen, die ganz generell mit einer höheren Amplitude für Objekte verbunden ist. Unser Experimentalserie die die räumliche Frequenz manipulierte zeigte, dass GBA weder über die räumliche Frequenz noch mittels chromatischer Information moduliert wurden. Zusammengenommen stellen unsere Ergebnisse die Generalität der Annahmen des Models von Bar in Frage. Open access Software zur Erkennung und Korrektur von Mikrosaccaden im EEG: https://github.com/craddm/microDetect
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011). High frequency oscillations as a correlate of visual perception. International Journal of Psychophysiology, 79, 32-38
Martinovic, J., & Busch, N.
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(2013). Low-level and high-level modulations of fixational saccades and high frequency oscillatory brain activity in a visual object classification task. Frontiers in Psychology, 4:948
Kosilo, M., Wuerger, S.M., Craddock, M., Jennings, B.J., Hunt, A.R., & Martinovic, J.
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(2013). Task and spatial frequency modulations of object processing: an EEG study. PLOS ONE, 8 (7), e70293
Craddock, M., Martinovic, J., & Müller, M.M.
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(2015). Early and late effects of objecthood and spatial frequency on event-related potentials and gamma band activity. BMC Neuroscience, 16(1), 6
Craddock, M., Martinovic, J., & Müller, M.M.
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Accounting for microsaccadic artefacts in the EEG using Independent Component Analysis and beamforming. Psychophysiology. 2016 Apr;53(4):553-65
Craddock, M., Martinovic, J., & Müller, M.M.
