We thank the VISTA software group (Brian Wandell and associates, at Stanford).
S. S. was supported by McNair 2280403105,NEI R01-EY109272, and NEI R01-EY024019 and as HHMI Early Carrer Award. A. P. and G. K. was supported by the Max-Planck Society, G. K. was supported by the PLASTICISE project of the 7th Framework Programme of the European Commission, Contract no. HEATH-F2-2009-223524.

1. الحصول على البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد بروتوكول التحفيز التي هي فعالة في انتزاع استجابة بصرية شبكي التوضع يمكن الاعتماد عليها كما هو موضح سابقا في دومولين وWandell 1 ولي وآخرون. 2. ومع ذلك، نماذج أخرى راسخة تنطبق أيضا اعتمادا على مسألة تجريبية محددة لمعالجتها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المحفزات شريط الحالية الانجراف عبر الشاشة بالتتابع على طول 8 اتجاهات الفضاء، في خطوات من 45 درجة. تأكد من أن الحركة هي في التزامن مع اكتساب إطار الماسح الضوئي (TR ~ 2 ثانية) بحيث يتحرك شريط خطوة مرة واحدة في الرنين المغناطيسي الوظيفي يبدأ الإطار ويبقى في الموقع الجديد حتى ينتهي الإطار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لقياس إشارة خط الأساس الصحيحة، إضافة العهود دون شريط التحفيز 1. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد مجال الرؤية (10 إلى 15 درجة دائرة نصف قطرها) في الزاوية البصرية على مدى الذي قدم التحفيز. تتحرك الحالي أو الخفقان أنماط الشطرنج (حجم المدقق = 0.94 X 0.94 درجة 2، patteمعدل تحديث آكانيوز = 250 ميللي ثانية / نمط) داخل شريط ليثير ردود بصرية قوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدخال المعلمات المحددة التالية: 8 اتجاهات متباعدة بشكل متساو للحركة، عرض شريط يساوي 1.875 درجة، والحانات تتحرك من نصف عرض شريط في الإطار (2 ثانية). مزيد من التفاصيل يمكن العثور عليها في لي وآخرون. 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توليد بقعة (~ 0.25 درجة) في وسط الشاشة التي عيني الشخص يحملق أثناء التجربة. تغيير لون بقعة عشوائيا في الوقت المناسب. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مسح الدماغ للموضوع في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام المسح الضوئي نموذجي صدى مستو التصوير (EPI) الذي يحتوي على 192 الإطارات مدة (24 لقطة في كل اتجاه الحركة). تكرار المسح 4-8 مرات لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المعلمات لتسلسل برنامج التحصين الموسع على النحو التالي: TR = 2 ثانية، TE = 40 ميللي ثانية، وحجم المصفوفة = 64 × 64، 28 شرائح، وحجم فوكسل = 3 × 3 × 3 مم 3، وزاوية الوجه = 90 درجة، بدلا من ذلك، وتطبيق تسلسل مع قرار الدقيقة (ه.ز.، 2 × 2 × 2 مم 3) أو TR القصير (على سبيل المثال، 1-1.5 ثانية) لا تغطي سوى القشرة البصرية 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم الحفاظ على حركات العين المسار مع نظام eyetracker خلال المسح الضوئي وظيفية لضمان تثبيت في حدود 1-1.5 درجة من نقطة التثبيت. ملاحظة: هنا، يتم استخدام eyetracker رئيس الإحداثي مقرها في نظام حملق، ولكن أنظمة eyetracker مناسبة أخرى يمكن أن تستخدم بدلا من ذلك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرشاد العباد إلى يحملق بقعة على شاشة مركز إنشاؤها في الخطوة 1.3.2. لضمان الموضوعات وfixating، يأمرهم أن يقدم يتغير لون بقعة التثبيت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على بالاشعة التشريحية، في 1 × 1 × 1 مم قرار 3 (على سبيل المثال، T1-MPRAGE، TR = 1،900 ميللي ثانية، TE = 2.26 ميللي ثانية، TI = 900 ميللي ثانية، وزاوية الوجه = 9 ° و 176 أقسام). ملاحظة: وسوف تستخدم هذه بالاشعة التشريحية للتجزئة، وكذلك لمحاذاة الصور وظيفية لتشريح داخل وعبر بالاشعة على حد سواء. لتحسين المواءمة بين وظيفةآخرون (EPI) الصور والتشريح، يجب الحصول أيضا مسح التشريح inplane، لقرار مطابق لبرنامج التحصين الموسع، وذلك باستخدام المرجحة T1 مدلل بسرعة التدرج الصدى (SPGR) تسلسل 1. </li></ol> 2. بيانات ما قبل المعالجة ملاحظة: قبل لتقدير خصائص PRF، هناك حاجة إلى العديد من الخطوات قبل معالجة البيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي نموذجية، مثل تصحيح حركة الرأس والمواءمة من وحدات التخزين وظيفية إلى الفحص التشريحي. في هذه المقالة، يتم تنفيذ كل ما قبل المعالجة، وتقدير وتحليل وعرض النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام المصادر المفتوحة استنادا MATLAB البرمجيات الأدوات VISTA LAB متاحة على موقع البرنامج VISTA. http://white.stanford.edu/newlm/index.php/Main_Page. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل الفحص التشريحي في MATLAB وإعداد التشريح الصوت باستخدام دالة يسمى createVolAnat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطاع رمادي المسألة، مسألة البيضاء، وCSF باستخدام وظيفة &quot;ItkGray&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد البيانات الوظيفية عن طريق تحويل DICOM (أي </eم&gt;، تنسيق ملف MRI الخام لشركة سيمنز) الملفات إلى NIFTI (أي تنسيق ملف MRI الوظيفي قياسي) الملفات، وتحميل البيانات إلى VISTA باستخدام دالة يسمى mrInit. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الصحيحة رئيس الحركة ومحاذاة الصور وظيفية لتشريح تحميل في الخطوة 2.1 باستخدام rxAlign على أساس التحول مصفوفة أفيني. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> متوسط ​​بالاشعة لتصحيح الحركة وظيفية لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء عن طريق النقر mrVISTA تحليل TimeSeries متوسط ​​tSeries. استبعاد من المتوسط ​​بالاشعة خلالها حركات العين تنحرف من تثبيت أكثر من 1-1.5 درجة. إذا إشارات من أشواط مختلفة ومختلفة-الانجرافات العاصمة، متوسط ​​بالاشعة وظيفية بعد إزالة DC-الانجرافات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب الإحداثيات التعيين بين المسح الوظيفية ورمادي المسألة وتحديد المقابلة voxels الرمادي والمسألة في بالاشعة الوظيفية عن طريق تحديد القوائم التالية: mrVISTA النافذة المفتوحة رمادي 3-عرض النافذة. تعيين إشارات جريئة في voxels المادة الرمادية من قبل الاستيفاء، واختيار أحد الخيارات لتوفرة في mrVISTA. </li></ol> 3. تقدير PRF التضاريس والنمذجة حدودي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل ملفات التعليمات البرمجية من خلال الرابط التالي: https://sites.google.com/site/leesangkyun/prf/codes.zip، استخراج ملف مضغوط ووضعها في أي مكان يفضله الكمبيوتر المحلي. إضافة مسار المجلد في MATLAB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المعلمات التحفيز المستخدمة في التجربة عن طريق تحديد القوائم التالية: تحليل mrVISTA شبكي التوضع نموذج تعيين معلمات. تحديد المعلمات التالية مثل الصور التحفيز، وحجم التحفيز، وظيفة الدورة الدموية الكنسي، ومعدل الإطار الماسح الرنين المغناطيسي الوظيفي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل تقدير PRF، وإعداد مجموعات المعلمة الأولى (الشكل 1B). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين مجموعات عبر التحقق من الصحة في &quot;tprf_set_params.m&quot; من ملفات التعليمات البرمجية. timeseries الفجوة في اثنين على الأقل من مجموعات فرعية (مجموعة واحدة لاختبار ومجموعات المتبقية للتدريب) التي هي فترة كافية لشريط لسويص الفضاء التحفيز بأكمله. بدلا من ذلك، دون المتوسط ​​بالاشعة في الخطوة 2.4، التحقق من صحة المسح الضوئي من خلال ترك من مسح واحد للاختبار واستخدام المسح الضوئي المتبقية للتدريب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين مجموعة المعلمة الخشنة (λ في الشكل 1؛ λ = [10 -2 10 -1 1 10 1 10 2]) في &quot;tprf_set_params.m&quot;. ثم، تعيين مجموعة غرامة على نطاق و([0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1 3 5 7 9]) في &quot;tprf_set_params.m&quot;. ملاحظة: يستخدم البرنامج الخشنة وضع لتحديد λ مما أدى إلى تباين أعلى وأوضح. ثم، يبحث في برنامج الفضاء حول λ المحدد باستخدام نطاق جدول يرام، وزيادة تحسين اختيار λ أن ينتج أعلى أوضح التباين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع عتبة (0.2) من التباين أوضح لvoxels استجابة بصريا في &quot;tprf_set_params.m&quot;. ملاحظة: يتم استخدام هذه العتبة كمرجع لاختيار voxels استجابة بصريا. بدلا من ذلك، وجعلالعائد على الاستثمار لغير بصريا المنطقة استجابة (على سبيل المثال، عن طريق رسم دائرة نصف قطرها 1 سم في منطقة الدماغ التي تستجيب غير مرئي)، حيث عتبة يمكن أن تحسب تلقائيا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين مجموعة من العتبات ([0.3، 0.5، 0.7]) لتحديد المنطقة مركز PRF في تضاريس تطبيع في &quot;tprf_set_params.m&quot; (أي، [0-1] أو [-1 إلى 1] مع العهود دون التحفيز شريط في الخطوة 1.3.1). ملاحظة: من مجموعة من العتبات البرنامج المقدمة يختار &quot;أفضل&quot; عتبة، أي عتبة أن يحدد المنطقة الوسطى PRF الذي نموذج مركز PRF يشرح أعظم التباين الإشارة. بدلا من ذلك، اختيار مجموعة مختلفة من القيم عتبة اعتمادا على خصائص التضاريس. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنفيذ &quot;tprf_runpRFest.m&quot; حساب تضاريس PRF (الشكل 1)، وتناسب متباين الخواص التمويه 2D. بعد تحديد جميع المعلمات الموصوفة في هذا البروتوكول، وتشغيل التعليمات البرمجية، يجب الحصول على النتائج النهائية تقدير. </li></ol><img alt="الشكل (1)" src="/files/ftp_upload/51811/51811fig1highres.jpg" width="700" /> الشكل 1: عملية تقدير PRF. (A) توضيح تخطيطي لعملية اتباعها لتقدير PRF تضاريس ح (ر): وظيفة استجابة الدورة الدموية، A (ر): التحفيز، م: PRF، ريج: L2 القواعد والمعايير تسوية (B) خطوات محددة لPRF تضاريس تقدير وPRF مركز النمذجة. يتم سرد مجموعة من المعلمات المطلوبة لتقدير في كل خطوة. ويوضح قسم الأبعاد واحد من تضاريس ونموذجها. تحت عنوان &quot;تركيب الموديل&quot;، سوداء وحمراء منحنيات تمثل التضاريس ونموذجها مركز PRF مع عتبة وسط 0.5، على التوالي. خط متقطع الأزرق يشير إلى عتبة PRFالمنطقة الوسطى.

<ol>
	<li>Dumoulin, S. O., Wandell, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Population+receptive+field+estimates+in+human+visual+cortex.">Population receptive field estimates in human visual cortex.</a> Neuroimage. 39, 647-660 (2008).</li><li>Lee, S., Papanikolaou, A., Logothetis, N. K., Smirnakis, S. M., Keliris, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+estimating+population+receptive+field+topography+in+visual+cortex.">A new method for estimating population receptive field topography in visual cortex.</a> Neuroimage. 81, 144-157 (2013).</li><li>Hastie, T., Tibshirani, R., Friedman, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The elements of statistical learning : data mining, inference, and prediction. , (2009).</li><li>Sereno, M. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Borders+of+multiple+visual+areas+in+humans+revealed+by+functional+magnetic+resonance+imaging.">Borders of multiple visual areas in humans revealed by functional magnetic resonance imaging.</a> Science. 268, 889-893 (1995).</li><li>Engel, S. A., Glover, G. H., Wandell, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinotopic+organization+in+human+visual+cortex+and+the+spatial+precision+of+functional+MRI.">Retinotopic organization in human visual cortex and the spatial precision of functional MRI.</a> Cereb Cortex. 7, 181-192 (1997).</li><li>Engel, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRI+of+human+visual+cortex.">fMRI of human visual cortex.</a> Nature. 369, 525 (1994).</li><li>DeYoe, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+striate+and+extrastriate+visual+areas+in+human+cerebral+cortex.">Mapping striate and extrastriate visual areas in human cerebral cortex.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 93, 2382-2386 (1996).</li><li>Greene, C. A., Dumoulin, S. O., Harvey, B. M., Ress, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+population+receptive+fields+in+human+early+visual+cortex+using+back-projection+tomography.">Measurement of population receptive fields in human early visual cortex using back-projection tomography.</a> J Vis. , (2014).</li><li>Zuiderbaan, W., Harvey, B. M., Dumoulin, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+center-surround+configurations+in+population+receptive+fields+using+fMRI.">Modeling center-surround configurations in population receptive fields using fMRI.</a> J Vis. , (2012).</li><li>Harvey, B. M., Dumoulin, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relationship+between+cortical+magnification+factor+and+population+receptive+field+size+in+human+visual+cortex:+constancies+in+cortical+architecture.">The relationship between cortical magnification factor and population receptive field size in human visual cortex: constancies in cortical architecture.</a> J Neurosci. 31, 13604-13612 (2011).</li><li>Haak, K. V., Cornelissen, F. W., Morland, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Population+receptive+field+dynamics+in+human+visual+cortex.">Population receptive field dynamics in human visual cortex.</a> PLoS One. 7, e37686 (2012).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

توضح هذه المقالة كيفية تقدير تضاريس حقول تقبلا السكان البصرية في القشرة البصرية الإنسان وكيفية استخدامها لتحديد نموذج حدودي المناسب للحقل تقبلا. لretinotopy ناجحة، ينبغي اختيار بروتوكول التحفيز المناسب وطريقة تحليل كفاءة، ويجب أن يكون الأمثل المعلمات التجريبية هذا ال?...

وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) يقيس غير جراحية التنظيم الوظيفي من القشرة البصرية على نطاق والعيانية (عادة بناء على أمر من ملليمتر). استخدمت الدراسات المبكرة retinotopy الرنين المغناطيسي الوظيفي مقياس التماسك بين موقع التحفيز وأثارت ردود BOLD 4-7. هذه الدراسات عادة لم يقدر السكان تقبلا حجم الحقل. وفي وقت لاحق، دومولين وWandell 1 المقترحة طريقة للتغلب على مثل هذا التحديد عن طريق النمذجة صراحة موقع PRF وحجم، وذلك باستخدام دالة خطية من هذا النموذج للتنبؤ استجابة BOLD. ومع ذلك، واحد الحد من هذه الطريقة الرائد هو أن نموذج PRF حدودي يجب أن اختار-بداهة، ويمكن أن يؤدي لتقديرات خاطئة PRF إذا اتضح أن لا يكون ذلك مناسبا. للتغلب على القيود المفروضة على حدودي طريقة PRF-النموذج، وقد تم تطوير أساليب جديدة في الآونة الأخيرة. هذه الأساليب يتوقع مباشرة الاستجابة جريئة للياليtimulus عن طريق اعادة بناء تضاريس PRF. وهناك طريقة 8 اقترحه غرين وزملاؤه يعيد تضاريس PRF من قبل ظهر إسقاط الردود جريئة لمسافات التحفيز 1D الفردية وبناء تضاريس PRF في الفضاء التحفيز 2D مثل تقنية التصوير المقطعي الكمبيوتر نموذجية. من ناحية أخرى، فإن الطريقة 2 المقترحة من قبلنا يقدر مباشرة تضاريس 2D PRF باستخدام الانحدار الخطي وتطبيق تقنية تسوية. في هذه الطريقة، يتم تمثيل التضاريس PRF على أنها مجموعة من الأوزان التي مضروبا في التحفيز لتقدير استجابة السكان العصبية من فوكسل معين. ثم، يتم تقدير الأكسجين في الدم المستوى التابعة (BOLD) استجابة النهائية التي حركها التحفيز من قبل convolving الاستجابة السكان العصبية وظيفة استجابة الدورة الدموية الكنسي. من أجل حل النظام الخطي مقيدة تحت، بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام سلسلة من التلال الانحدار تسوية لفرض تناثر (انظر الشكل 1أدناه). تقنية تسوية يقمع الضوضاء والتحف، وبالتالي تسمح لدينا وسيلة لتقدير تضاريس PRF أكثر بقوة. الطرق الطبوغرافية لا قوة شكل PRF أن يكون لها شكل حدودي معين، وبالتالي يمكن الكشف عن هيكل PRF الفعلي. ويمكن بعد ذلك يتم اختيار نموذج حدودي المناسب بناء على تضاريس PRF. على سبيل المثال، تضاريس PRF يمكن أن تستخدم لفصل مركز PRF والمحيطي، ثم لاحقا PRF مركز النمذجة يمكن أن يكون أكثر دقة عن طريق التقليل من تأثير تحيط قمع فضلا عن تأثير القطع الأثرية الأخرى المحتملة التي تنشأ في المناطق البعيدة ل مركز PRF. وقد أجرينا مؤخرا المقارنة الكمية بين أسلوبنا والعديد من الأساليب الأخرى التي مباشرة (أي قبل تقدير تضاريس) صالح الخواص التمويه 1، متباين الخواص التمويه، والاختلاف في الخواص Gaussians إلى PRF 9. وقد تبين أن topogrتفوقت طريقة القائم على aphy هذه الأساليب فيما يتعلق مركز PRF النمذجة من خلال تحقيق أعلى أوضح التباين للسلسلة الزمنية إشارة جريئة. تقدير دقيق لخصائص PRF في مختلف المجالات يكشف كيف أنها تغطي المجال البصري ومهم للتحقيق في التنظيم الوظيفي للقشرة البصرية وخاصة ما يتعلق الإدراك البصري. خصائص مثل كيفية تغيير حجم PRF مع الانحراف 1،10 وPRF تنظيم مركز تحيط 9 تدرس جيدا في الأدب الإنساني. الطريقة المقترحة لتقدير نتائج تضاريس PRF في أكثر دقة PRF النمذجة معلمة وأكثر احتمالا للكشف عن الاطراد غير معروفة، وليس غرار بسهولة، بداهة في النماذج حدودي المباشرة. وهذا النهج سوف تكون مناسبة خاصة لدراسة تنظيم PRF في المرضى الذين يعانون من آفات المسار البصري، والذين هيكل PRF ليس بالضرورة يمكن التنبؤ بها ل-بداهة. أدناه يوصف كيفية تقدير عشرالبريد PRF التضاريس وكيفية استخدام تضاريس لنموذج مركز PRF.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1009">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:225px;">Name of Equipment/Software</td>
			<td style="width:219px;">Company/Provider</td>
			<td style="width:219px;"></td>
			<td style="width:347px;">Web address</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MRI scanner</td>
			<td>Siemens/Philips/GE</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MATLAB</td>
			<td>The Mathworks, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>http://www.mathworks.com&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">VISTA software</td>
			<td>VISTA software group</td>
			<td></td>
			<td>http://white.stanford.edu/newlm/index.php/Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PsychoToolbox</td>
			<td>PsychoToolbox&#160;</td>
			<td></td>
			<td>http://psychtoolbox.org&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Eye Tracker(VisuaStimDigital)</td>
			<td>Resonance Technology Inc</td>
			<td></td>
			<td>http://mrivideo.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

topographical estimation of visual population receptive fields by fmri

ويتم تنظيم القشرة البصرية retinotopically بحيث السكان المجاورة للخلايا خريطة لأجزاء المجاورة من المجال البصري. التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي يسمح لنا لتقدير القائم على فوكسل السكان حقول تقبلا (PRF)، أي جزء من المجال البصري الذي ينشط خلايا داخل كل فوكسل. قبل، مباشرة، PRF طرق التقدير 1 تعاني من بعض القيود: 1) يتم اختيار نموذج PRF ل-بداهة، وقد لا التقاط تماما شكل PRF الفعلي، و2) مراكز PRF عرضة لmislocalization بالقرب من حدود الفضاء التحفيز. والطبوغرافية PRF طريقة التقدير الجديد 2 هنا يقترح أن تلتف إلى حد كبير هذه القيود. ويستخدم النموذج الخطي للتنبؤ الأكسجين في الدم المستوى التابعة (BOLD) إشارة من convolving الاستجابة خطية من PRF إلى التحفيز البصري مع وظيفة استجابة الدورة الدموية الكنسي. ويمثل PRF تضاريس باعتباره الوزن ناقلات التي تمثل شارع مكوناتength من الاستجابة الإجمالية من الخلايا العصبية فوكسل للمؤثرات التي قدمت في مختلف المواقع الميدانية البصرية. يمكن حل المعادلات الخطية الناتجة عن الوزن PRF المتجه باستخدام حافة الانحدار 3، مما أسفر عن تضاريس PRF. نموذج PRF التي تتناسب مع تضاريس يقدر ويمكن بعد ذلك اختيار ما بعد خاصة، وبالتالي تحسين تقديرات المعلمات PRF مثل الموقع PRF الوسط، والتوجه PRF والحجم، الخ. وجود تضاريس PRF متاحة أيضا يتيح التحقق البصري للتقديرات المعلمة PRF السماح للاستخراج الخصائص المختلفة PRF دون الحاجة إلى وضع افتراضات ل-بداهة عن هيكل PRF. هذا النهج عود لتكون مفيدة بشكل خاص للتحقيق في المنظمة PRF المرضى الذين يعانون من اضطرابات في الجهاز البصري.

يتطلب دقة PRF النمذجة التقاط الأشكال PRF بشكل صحيح. دون معرفة تضاريس PRF، واختيار نماذج متماثل دائري المستخدمة في الدراسات السابقة 1،9-11 هو خيار معقول. هذا هو لأنه، إذا كانت المنظمة شبكي التوضع المحلية هي متجانسة في كل الاتجاهات من المجال البصري، استجابة السكان المح...

Watch this Scientific Journal Video about Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI at JoVE.com

Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI

It is important to obtain unbiased estimates of visual population receptive fields (pRFs) by functional magnetic resonance imaging. We use mild regularization constraints to estimate pRF topography without a-priori assumptions about pRF shape, allowing us to choose specific pRF models post-hoc. This is particularly advantageous in subjects with visual-pathway lesions.

تقدير الطبوغرافية للسكان البصرية تقبلا الحقول التي كتبها الرنين المغناطيسي الوظيفي

Visual cortex is retinotopically organized so that neighboring populations of cells map to neighboring parts of the visual field. Functional magnetic ...

topographical-estimation-of-visual-population-receptive-fields-by-fmri

Research

JoVE Journal

Behavior

9.1K Views.  Baylor College of Medicine. It is important to obtain unbiased estimates of visual population receptive fields (pRFs) by functional magnetic resonance imaging. We use mild regularization constraints to estimate pRF topography without a-priori assumptions about pRF shape, allowing us to choose specific pRF models post-hoc. This is particularly advantageous in subjects with visual-pathway lesions.

Video: Topographical Estimation of Visual Population Receptive Fields by fMRI

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and molecular approaches allow the investigation of either different stimuli on few neurons, or one stimulus in large parts of the brain, blood oxygenation level dependent (BOLD) functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) allows combining both advantages, i.e. compare the neural activation induced by different stimuli in the entire brain at once. fMRI in songbirds is challenging because of the small size of their brains and because their bones and especially their skull comprise numerous air cavities, inducing important susceptibility artifacts. Gradient-echo (GE) BOLD fMRI has been successfully applied to songbirds 1-5 (for a review, see 6). These studies focused on the primary and secondary auditory brain areas, which are regions free of susceptibility artifacts. However, because processes of interest may occur beyond these regions, whole brain BOLD fMRI is required using an MRI sequence less susceptible to these artifacts. This can be achieved by using spin-echo (SE) BOLD fMRI 7,8 . In this article, we describe how to use this technique in zebra finches (Taeniopygia guttata), which are small songbirds with a bodyweight of 15-25 g extensively studied in behavioral neurosciences of birdsong. The main topic of fMRI studies on songbirds is song perception and song learning. The auditory nature of the stimuli combined with the weak BOLD sensitivity of SE (compared to GE) based fMRI sequences makes the implementation of this technique very challenging.

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

This article shows an optimized procedure for imaging of the neural substrates of auditory stimulation in the songbird brain using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). It describes the preparation of the sound stimuli, the positioning of the subject and the acquisition and subsequent analysis of the fMRI data.

التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) مع التحفيز السمعي في الطيور المغردة

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

أفضل الممارسات الحالية الحصول على نتائج عالية الجودة بيانات EEG خلال الرنين المغناطيسي الوظيفي في وقت واحد

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced version of the task using fMRI (functional magnetic resonance imaging). Recently, it has been shown that fNIRS can accurately record functional brain activities equivalent to those concurrently recorded with functional magnetic resonance imaging for classic psychophysical tasks and simple finger tapping paradigms. However, an often quoted benefit of fNIRS is that the technique allows for studying neural mechanisms of complex, naturalistic behaviors that are not possible using the constrained environment of fMRI. Our goal was to extend the findings of previous studies that have shown high correlation between concurrently recorded fNIRS and fMRI signals to compare neural recordings obtained in fMRI procedures to those separately obtained in naturalistic fNIRS experiments. Specifically, we developed a modified version of the dance video game Dance Dance Revolution (DDR) to be compatible with both fMRI and fNIRS imaging procedures. In this methodology we explain the modifications to the software and hardware for compatibility with each technique as well as the scanning and calibration procedures used to obtain representative results. The results of the study show a task-related increase in oxyhemoglobin in both modalities and demonstrate that it is possible to replicate the findings of fMRI using fNIRS in a naturalistic task. This technique represents a methodology to compare fMRI imaging paradigms which utilize a reduced-world environment to fNIRS in closer approximation to naturalistic, full-body activities and behaviors. Further development of this technique may apply to neurodegenerative diseases, such as Parkinson&#8217;s disease, late states of dementia, or those with magnetic susceptibility which are contraindicated for fMRI scanning.

We present a method to compare functional brain activity recorded during a naturalistic task using fNIRS with activity recorded during fMRI.

الرنين المغناطيسي الوظيفي التحقق من fNIRS القياسات خلال مهمة الطبيعي

We present a method to compare brain activity recorded with near-infrared spectroscopy (fNIRS) in a dance video game task to that recorded in a reduced ...

Methods to Test Visual Attention Online

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative data samples than can typically be collected on college campuses. However, before such methods can be widely adopted, a number of technological challenges must be overcome &#8211; in particular in experiments where tight control over stimulus properties is necessary. Here we present methods for collecting performance data on two tests of visual attention. Both tests require control over the visual angle of the stimuli (which in turn requires knowledge of the viewing distance, monitor size, screen resolution, etc.) and the timing of the stimuli (as the tests involve either briefly flashed stimuli or stimuli that move at specific rates). Data collected on these tests from over 1,700 online participants were consistent with data collected in laboratory-based versions of the exact same tests. These results suggest that with proper care, timing/stimulus size dependent tasks can be deployed in web-based settings.

To replicate laboratory settings, online data collection methods for visual tasks require tight control over stimulus presentation. We outline methods for the use of a web application to collect performance data on two tests of visual attention.

طرق لاختبار البصرية الاهتمام اون لاين

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative ...

Visualizing Visual Adaptation

Many techniques have been developed to visualize how an image would appear to an individual with a different visual sensitivity: e.g., because of optical or age differences, or a color deficiency or disease. This protocol describes a technique for incorporating sensory adaptation into the simulations. The protocol is illustrated with the example of color vision, but is generally applicable to any form of visual adaptation. The protocol uses a simple model of human color vision based on standard and plausible assumptions about the retinal and cortical mechanisms encoding color and how these adjust their sensitivity to both the average color and range of color in the prevailing stimulus. The gains of the mechanisms are adapted so that their mean response under one context is equated for a different context. The simulations help reveal the theoretical limits of adaptation and generate &#34;adapted images&#34; that are optimally matched to a specific environment or observer. They also provide a common metric for exploring the effects of adaptation within different observers or different environments. Characterizing visual perception and performance with these images provides a novel tool for studying the functions and consequences of long-term adaptation in vision or other sensory systems.

This article describes a novel method for simulating and studying adaptation in the visual system.

تصور التكيف البصرية

Many techniques have been developed to visualize how an image would appear to an individual with a different visual sensitivity: e.g., because of optical ...

Measuring Attention and Visual Processing Speed by Model-based Analysis of Temporal-order Judgments

This protocol describes how to conduct temporal-order experiments to measure visual processing speed and the attentional resource distribution. The proposed method is based on a new and synergistic combination of three components: the temporal-order judgments (TOJ) paradigm, Bundesen&#39;s Theory of Visual Attention (TVA), and a hierarchical Bayesian estimation framework. The method provides readily interpretable parameters, which are supported by the theoretical and neurophysiological underpinnings of TVA. Using TOJs, TVA-based estimates can be obtained for a broad range of stimuli, whereas traditional paradigms used with TVA are mainly limited to letters and digits. Finally, the meaningful parameters of the proposed model allow for the establishment of a hierarchical Bayesian model. Such a statistical model allows assessing results in one coherent analysis both on the subject and the group level.
To demonstrate the feasibility and versatility of this new approach, three experiments are reported with attention manipulations in synthetic pop-out displays, natural images, and a cued letter-report paradigm.

Temporal-order judgments can be used to estimate processing speed parameters and attentional weights and thereby to infer the mechanisms of attentional processing. This methodology can be applied to a wide range of visual stimuli and works with many attention manipulations.

قياس الانتباه وسرعة المعالجة البصرية من التحليل الذي يعتمد طراز الأحكام الزمني النظام

This protocol describes how to conduct temporal-order experiments to measure visual processing speed and the attentional resource distribution. The ...

fMRI Mapping of Brain Activity Associated with the Vocal Production of Consonant and Dissonant Intervals

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance production. The most straightforward manner of musical production is singing, but, from an imaging perspective, it still presents more challenges than listening because it involves motor activity. The accurate singing of musical intervals requires integration between auditory feedback processing and vocal motor control in order to correctly produce each note. This protocol presents a method that permits the monitoring of neural activations associated with the vocal production of consonant and dissonant intervals. Four musical intervals, two consonant and two dissonant, are used as stimuli, both for an auditory discrimination test and a task that involves first listening to and then reproducing given intervals. Participants, all female vocal students at the conservatory level, were studied using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) during the performance of the singing task, with the listening task serving as a control condition. In this manner, the activity of both the motor and auditory systems was observed, and a measure of vocal accuracy during the singing task was also obtained. Thus, the protocol can also be used to track activations associated with singing different types of intervals or with singing the required notes more accurately. The results indicate that singing dissonant intervals requires greater participation of the neural mechanisms responsible for the integration of external feedback from the auditory and sensorimotor systems than does singing consonant intervals.

The neural correlates of listening to consonant and dissonant intervals have been widely studied, but the neural mechanisms associated with production of consonant and dissonant intervals are less well known. In this article, behavioral tests and fMRI are combined with interval identification and singing tasks to describe these mechanisms.

تصوير الرنين المغناطيسي الوظيفي من نشاط الدماغ المرتبطة إنتاج صوتي من الفواصل الساكنة ومتناقضة

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance ...

Automated Analysis of a Nematode Population-based Chemosensory Preference Assay

The nematode, Caenorhabditis elegans' compact nervous system of only 302 neurons underlies a diverse repertoire of behaviors. To facilitate the dissection of the neural circuits underlying these behaviors, the development of robust and reproducible behavioral assays is necessary. Previous C. elegans behavioral studies have used variations of a "drop test", a "chemotaxis assay", and a "retention assay" to investigate the response of C. elegans to soluble compounds. The method described in this article seeks to combine the complementary strengths of the three aforementioned assays. Briefly, a small circle in the middle of each assay plate is divided into four quadrants with the control and experimental solutions alternately placed. After the addition of the worms, the assay plates are loaded into a behavior chamber where microscope cameras record the worms' encounters with the treated regions. Automated video analysis is then performed and a preference index (PI) value for each video is generated. The video acquisition and automated analysis features of this method minimizes the experimenter's involvement and any associated errors. Furthermore, minute amounts of the experimental compound are used per assay and the behavior chamber's multi-camera setup increases experimental throughput. This method is particularly useful for conducting behavioral screens of genetic mutants and novel chemical compounds. However, this method is not appropriate for studying stimulus gradient navigation due to the close proximity of the control and experimental solution regions. It should also not be used when only a small population of worms is available. While suitable for assaying responses only to soluble compounds in its current form, this method can be easily modified to accommodate multimodal sensory interaction and optogenetic studies. This method can also be adapted to assay the chemosensory responses of other nematode species.

We present a behavior recording setup and protocol that enables automated analysis of the nematode, Caenorhabditis elegans' preference for soluble compounds in a population-based assay. This article describes the construction of a behavior chamber, the behavioral assay protocol, and video analysis software usage.

التحليل الآلي من النيماتودا القائم على السكان الحسية الكيميائية تفضيل التفضيل

The nematode, Caenorhabditis elegans' compact nervous system of only 302 neurons underlies a diverse repertoire of behaviors. To facilitate the dissection ...

Visual Classical Conditioning in Wood Ants

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, studies implementing classical conditioning paradigms with harnessed insects have been important for investigating the exact cues that individuals learn and the neural mechanisms underlying learning and memory formation. Here we present a protocol for evoking visual associative learning in wood ants through classical conditioning. In this paradigm, ants are harnessed and presented with a visual cue (a blue cardboard), the conditional stimulus (CS), paired with an appetitive sugar reward, the unconditional stimulus (US). Ants perform a Maxilla-Labium Extension Reflex (MaLER), the unconditional response (UR), which can be used as a readout for learning. Training consists of 10 trials, separated by a 5-minute intertrial interval (ITI). Ants are also tested for memory retention 10 minutes or 1 hour after training. This protocol has the potential to allow researchers to analyze, in a precise and controlled manner, the details of visual memory formation and the neural basis of learning and memory formation in wood ants.

We present a protocol for the classical conditioning of harnessed ants that permits researchers to study visual learning and memory formation at a level of analysis not possible with freely moving individuals.

الاشراط الكلاسيكي البصرية في الخشب النمل

Several species of insects have become model systems for studying learning and memory formation. Although many studies focus on freely moving animals, ...

Investigating the Deployment of Visual Attention Before Accurate and Averaging Saccades via Eye Tracking and Assessment of Visual Sensitivity

This experimental protocol was designed to investigate whether visual attention is obligatorily deployed at the endpoint of saccades. To this end, we recorded the eye position of human participants engaged in a saccade task via eye tracking and assessed visual orientation discrimination performance at various locations during saccade preparation. Importantly, instead of using a single saccade target paradigm for which the saccade endpoint typically coincides roughly with the target, this protocol comprised the presentation of two nearby saccade targets, leading to a distinct spatial dissociation between target locations and saccade endpoint on a substantial number of trials. The paradigm allowed us to compare presaccadic visual discrimination performance at the endpoint of accurate saccades (landing at one of the saccade targets) and of averaging saccades (landing at an intermediate location in between the two targets). We observed a selective enhancement of visual sensitivity at the endpoint of accurate saccades but not at the endpoint of averaging saccades. Rather, before the execution of averaging saccades, visual sensitivity was equally enhanced at both targets, suggesting that saccade averaging follows from unresolved attentional selection among the saccade targets. These results argue against a mandatory coupling between visual attention and saccade programming based on a direct measure of presaccadic visual sensitivity rather than saccadic reaction times, which have been used in other protocols to draw similar conclusions. While our protocol provides a useful framework to investigate the relationship between visual attention and saccadic eye movements at the behavioral level, it can also be combined with electrophysiological measures to extend insights at the neuronal level.

This experimental protocol combined eye tracking and the assessment of presaccadic visual sensitivity in a dual task paradigm, consisting of a free choice saccade task and a visual discrimination task, to investigate the deployment of visual spatial attention before both, accurate and averaging saccades.

التحقيق في نشر الانتباه البصري قبل ساككاديس دقيقة والمتوسط عن طريق العين تتبع وتقييم حساسية بصرية

This experimental protocol was designed to investigate whether visual attention is obligatorily deployed at the endpoint of saccades. To this end, we ...