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Décodage de l'imagerie auditive avec l'analyse de motifs multivoxels

Vue d'ensemble

Source : Laboratoires de Jonas T. Kaplan et Sarah I. Gimbel — University of Southern California

Imaginez le son d’une cloche. Ce qui se passe dans le cerveau lorsque nous évoquent un son comme ça dans « l’oreille de l’entendement ? » Il y a plus de preuves que le cerveau utilise les mêmes mécanismes d’imagination qu’il utilise pour perception. 1 par exemple, en imaginant des images visuelles, le cortex visuel est activé, et en imaginant les sons, le cortex auditif est engagé. Toutefois, dans quelle mesure sont-ils ces activations du cortex sensoriels spécifiques au contenu de notre imagination ?

Une technique qui peut aider à répondre à cette question est l’analyse des habitudes de multivoxel (MPVA), dans quelles images cérébrale fonctionnelle sont analysées à l’aide de techniques d’apprentissage automatique. 2-3 experiment in an MPVA, nous formons un algorithme d’apprentissage automatique de distinguer parmi les différents modèles de l’activité induite par différents stimuli. Par exemple, on peut se demander si imaginer le son d’une cloche produit différents modèles de l’activité dans le cortex auditif comparée à imaginer le bruit d’une tronçonneuse, ou le son d’un violon. Si notre classificateur apprend à distinguer les patterns d’activité cérébrale produites par ces trois stimuli, alors nous pouvons conclure que le cortex auditif est activé de manière distincte de chaque stimulus. Une façon de penser à ce genre d’expérience est qu’au lieu de poser une question simplement sur l' activité d’une région du cerveau, nous poser une question sur le contenu de l’information de cette région.

Dans cette expérience, basée sur Meyer et al., 2010,4 nous seront cue participants pour imaginer plusieurs sons en leur remettant vidéos silencieux qui sont susceptibles d’évoquer des images auditives. Puisque nous nous intéressons à mesurer les motifs subtils évoquées par l’imagination dans le cortex auditif, il est préférable si les stimuli sont présentés dans un silence complet, sans ingérence des bruits fait par le scanner IRMf. Pour ce faire, nous utiliserons un type spécial de séquence de MRI fonctionnel appelé échantillonnage temporel clairsemée. Dans cette approche, un volume unique IRMf est acquise 4-5 s après chaque stimulus, programmée pour capturer la crête de la réponse hémodynamique.

Procédure

1. participant recrutement

  1. Recruter des 20 participants.
    1. Les participants devraient être droitier et ont pas d’antécédents de troubles neurologiques ou psychologiques.
    2. Les participants devront avoir une vision normale ou corrigée à la normale pour s’assurer qu’ils seront en mesure de voir les repères visuels correctement.
    3. Les participants n’ait pas de métal dans leur corps. Il s’agit d’une exigence de sécurité importante due au champ magnétique élevé impliqué en IRMf.
    4. Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Résultats

La précision moyenne classifieur dans la temporale planum à travers tous les 20 participants était de 59 %. Selon le test de Wilcoxon Signed-grade, c’est significativement différent niveau de chance de 33 %. La performance moyenne dans le masque de mât de façade était de 32,5 %, qui n’est pas plu de chance (Figure 2).

Figure 2
Figure ...

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Applications et Résumé

MVPA est un outil utile pour comprendre comment le cerveau représente des informations. Au lieu de considérer l’évolution temporelle de chaque voxel séparément comme dans une analyse par activation traditionnelle, cette technique considère patrons à travers de nombreux voxels à la fois, offrant une sensibilité accrue par rapport aux techniques univariées. Souvent une analyse multivariée révèle des différences où une technique univariée n’est pas en mesure de. Dans ce cas, nous avons appris quelque cho...

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References
  1. Kosslyn, S.M., Ganis, G. & Thompson, W.L. Neural foundations of imagery. Nat Rev Neurosci 2, 635-642 (2001).
  2. Haynes, J.D. & Rees, G. Decoding mental states from brain activity in humans. Nat Rev Neurosci 7, 523-534 (2006).
  3. Norman, K.A., Polyn, S.M., Detre, G.J. & Haxby, J.V. Beyond mind-reading: multi-voxel pattern analysis of fMRI data. Trends Cogn Sci 10, 424-430 (2006).
  4. Meyer, K., et al. Predicting visual stimuli on the basis of activity in auditory cortices. Nat Neurosci 13, 667-668 (2010).
Tags
Auditory ImageryMultivoxel Pattern AnalysisPerceptionBrain ActivationFunctional Magnetic Resonance Imaging fMRISilent VideosAcoustic StimuliDistinguishing SoundsAuditory CortexImaginationMemoryDetailed ProcessingFMRI SessionsNeural Patterns

Passer à...

0:00

Overview

1:30

Experimental Design

4:40

Running the Experiment

6:37

Data Analysis

7:54

Representative Results

9:50

Applications

11:14

Summary

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