Jul 12, 2023
Familiaridade facial revelada por movimentos oculares de fixação e fixação
Scientific Reports volume 12, Artigo número: 20178 (2022) Citar este artigo 741 Acessos 1 Citações 1 Altmetric Metrics detalha potenciais relacionados a eventos (PREs) e a inibição oculomotora (OMI) em
Scientific Reports volume 12, Artigo número: 20178 (2022) Citar este artigo
741 Acessos
1 Citações
1 Altmétrico
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Sabe-se que os potenciais relacionados a eventos (ERPs) e a inibição oculomotora (OMI) em resposta a transientes visuais são sensíveis às propriedades de estímulo, atenção e expectativa. Descobrimos recentemente que o OMI também é sensível à familiaridade facial. Na visão natural, a estimulação do córtex visual é gerada principalmente por sacadas, e foi recentemente sugerido que os potenciais relacionados à fixação (FRPs) compartilham componentes semelhantes com os ERPs. Aqui, investigamos se os FRPs e a inibição de microsacadas (OMI) na visualização livre são sensíveis à familiaridade facial. Os observadores assistiram livremente a uma apresentação de slides de sete imagens faciais desconhecidas e uma familiar apresentadas aleatoriamente por períodos de 4 segundos, com múltiplas imagens por identidade. Medimos o N1 relacionado à fixação occipital em relação à magnitude de P1, bem como a OMI desencadeada pela fixação associada. Descobrimos que a média N1-P1 foi significativamente menor e o OMI foi mais curto para o rosto familiar, em comparação com qualquer um dos sete rostos desconhecidos. Além disso, o P1 foi suprimido nas sacadas para os rostos familiares, mas não para os rostos desconhecidos. Nossos resultados destacam a sensibilidade dos FRPs occipitais às propriedades de estímulo, como a familiaridade facial, e avançam nossa compreensão do processo de integração através de sacadas sucessivas na visão natural.
Os estudos neurofisiológicos tradicionais de percepção de objetos normalmente sondam o sistema visual com estímulos luminosos, para imitar os transientes da visão natural induzidos por sacadas, medindo potenciais relacionados a eventos (ERPs). Mais recentemente, potenciais relacionados à fixação (FRPs) têm sido utilizados para estudar a visão em ambientes mais naturais de visualização livre, demonstrando as vantagens e também as limitações deste método1. Em geral, estes estudos mostram resultados consistentes com as medições relacionadas com eventos; no entanto, nenhum desses estudos investigou a familiaridade facial. Ao contrário dos ERPs tradicionais que usavam transientes visuais apresentados no campo visual central do observador, em ambientes naturais a cena é escaneada ao longo do tempo por meio de sacadas seguindo uma visualização periférica.
O acúmulo de evidências de estudos recentes de visualização livre sugere que a resposta do cérebro após uma sacada, denominada Potenciais Relacionados à Fixação (FRP), exibe componentes eletrofisiológicos muito semelhantes aos ERPs. Por exemplo, a resposta lambda occipital relacionada à sacada reflete o mesmo processamento de informação que o clássico VEP P12. Estudos recentes que examinaram a atividade seletiva de rosto nos eletrodos temporo-occipitais laterais, N1703 encontraram um aumento semelhante na negatividade para rostos em condições de visualização livre . Achados mais clássicos foram replicados em condições de visualização livre, como o P300 centro-parietal eliciado pela detecção de alvo em uma busca visual6 e o efeito de priming N400 na leitura natural7,8. A combinação de medições de EEG e rastreamento ocular para estudar a familiaridade facial nos permitiu examinar o movimento ocular e as mudanças eletrofisiológicas ao longo do tempo, que são influenciadas pela habituação e pelo conhecimento prévio.
Microssacadas (MS) são sacadas em miniatura, com tamanho médio < 0,5 dva, geradas pela atividade neural no colículo superior (CS)9,10. Eles ocorrem durante a fixação, a uma taxa de um ou dois por segundo. Sabe-se que as microssacadas, assim como as sacadas, são inibidas momentaneamente (Inibição Oculomotora, OMI)11,12,13,14,15,16 pela apresentação do estímulo com uma latência de liberação posterior afetada pelas propriedades, atenção e expectativa do estímulo. Embora se saiba que a saliência do estímulo, como o alto contraste, encurta a inibição17, foi encontrada inibição prolongada em resposta aos desviantes18. Embora a maioria dos estudos tenha utilizado estímulos flash, recentemente encontramos padrões inibitórios semelhantes na visualização livre em resposta à saliência do estímulo .
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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