 |
The neural basis of visual attentional inhibition
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
112093 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Vidnyánszky, Zoltán |
| Title in Hungarian |
A vizuális figyelmi gátlás idegrendszeri folyamatai |
| Title in English |
The neural basis of visual attentional inhibition |
| Keywords in Hungarian |
vizuális figyelem, EEG, alfa oszcilláció |
| Keywords in English |
visual attention, EEG, alpha oscillations |
| Discipline |
| Cognition (e.g. learning, memory, emotions, speech) (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Neurobiology |
|
| Panel |
Neurosciences |
| Department or equivalent |
Institute of Cognitive Neuroscience and Psychology (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Bankó, Éva Mária
Knakker, Balázs
Weiss, Béla
|
| Starting date |
2015-01-01 |
| Closing date |
2018-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
32.145 |
| FTE (full time equivalent) |
7.05 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A pályázatban javasolt kutatások célja, hogy alapvető fontossággal bíró új ismereteket szolgáltasson az irreleváns vizuális információ hatékony figyelmi gátlásának idegrendszeri folyamataival, valamint azok diszlexiában és amblyopiában tapasztalható elváltozásával kapcsolatosan. Célkitűzéseink:
1. A figyelmi gátlás idegrendszeri mechanizmusai. Az általánosan elfogadott Befolyásolt Versengés figyelmi modell szerint az irreleváns tárgyak elnyomása a szenzoros reprezentációk közötti inherens versengés/gátlás befolyásolásán keresztül történik. Azt, hogy ez valóban így van-e, a következő hipotézisünkkel kívánjuk vizsgálni: a feladat szempontjából releváns és irreleváns ingerek/tárgyak közötti versengés fokozódásával egyre erősebbé és szelektívebbé válik a figyelmi gátlás.
2. Figyelmi gátlás természetes megfigyelés során. A figyelmi gátlás folyamatait természetes megfigyelés során eddig még egyáltalán nem vizsgálták. Munkahipotézisünk: a jó olvasási képesség elengedhetetlen feltétele a hatékony figyelmi gátlás, amely az irreleváns, már elolvasott szövegrészek feldolgozásáért felelős látókérgi területek fokozott alfa oszcillációk által közvetített funkcionális gátlásában nyilvánul meg.
3. A figyelmi gátlás szerepe az amblyopiában. Az amblyopia a látórendszert érintő, az egyik szem csökkent látásélességével jellemezhető agyi fejlődési zavar, amelynek hátterében az amblyop szem erőteljes interokuláris elnyomása áll. Kutatásunkban azt a hipotézist fogjuk vizsgálni, hogy az amblyop szem interokuláris elnyomásának elsődleges neurális hátterét az ebből a szemből érkező vizuális információ megemelkedett figyelmi gátlása jelenti.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A célirányos, aktív információkinyerés képessége elengedhetetlen feltétele annak, hogy az ember hatékonyan tudjon tájékozódni és kölcsönhatásba lépni környezetével. Egyre ingergazdagabb világunkban az irreleváns információ kiszűrése különös fontossággal bír. Továbbá, a legújabb kutatási eredmények szerint a figyelmi gátlás – azaz a lényegtelen, zavaró információ kiszűréséért felelős idegrendszeri folyamatok - károsodása kimutatható az ADHD, a diszlexia, valamint a normális és kóros kognitív öregedés során egyaránt.
Kiemelkedő elméleti és klinikai jelentősége ellenére, ismereteink a figyelmi gátlás agyi hátterével kapcsolatban nagyon hiányosak. Kutatásainkkal a következő kulcsfontosságú, máig tisztázatlan kérdéseket kívánjuk vizsgálni. A szenzoros reprezentációk közötti inherens versengés/gátlás hogyan járul hozzá a figyelmi gátláshoz? Az alfa oszcilláció által közvetített funkcionális gátlás hogyan integrálható a vizuális figyelem modelljeibe? Mi a szerepe a figyelmi gátlásnak az amblyopiában? Hogyan valósul meg a figyelmi gátlás az agyban természetes megfigyelés közben és hogyan károsodik diszlexiában?
A figyelmi gátlás vizsgálatához modellként a vizuális figyelmi szelekciót választottuk, mivel a látás esetén rendelkezünk a legalaposabb ismeretekkel a szenzoros információ feldolgozásának és figyelmi modulációjának neurális hátteréről. Továbbá, egyre több vizsgálati eredmény erősíti meg azt a feltételezést, hogy a beérkező vizuális információ szűrésében kulcsfontosságú szerepet játszik a látókérgi alfa oszcilláció által közvetített funkcionális gátlás, amely egy izgalmas, új perspektívát nyit a figyelmi gátlás kutatásában.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A legkorszerűbb kognitív idegtudományi módszerekkel (nagy idő és térbeli felbontással rendelkező szemmozgás-követés, sokcsatornás EEG) végzendő kutatásaink eredményei alapvető jelentőséggel bíró, eddig tisztázatlan kérdésekre adhatnak választ a figyelmi gátlás idegi alapjaival és plaszticitásával kapcsolatban. Új kísérleti megközelítésünk, melyet a természetes, szabad szemmozgásokkal történő megfigyelés vizsgálatára fejlesztettünk ki új távlatokat nyithat a vizuális figyelem agyi folyamatainak kutatásában; segítségével közelebb kerülhetünk a figyelem természetes körülmények közötti működésének megismeréséhez.
Az eredményeknek fontos klinikai vonatkozásai is lesznek. Egyfelől, kutatásunkkal feltárjuk a figyelmi gátlás szerepét az amblyop szemből érkező vizuális információ erőteljes interokuláris elnyomásában, amely az amblyopiában jellemző látáscsökkenés fő okát jelenti. Eredményeink ily módon hozzájárulnak majd az amblyopiára jellemző látáscsökkenést megcélzó hatékonyabb tréningprogramok fejlesztéséhez. Másfelől, kutatásaink eredményeként elsőként mutathatjuk ki a látókérgi alfa oszcillációkon alapuló figyelmi gátlás alulműködését diszlexiás felnőttek esetén. Továbbá, a természetes, szabad szemmozgásokkal történő megfigyelés vizsgálatára kidolgozott új kísérletes módszerünk egyedülálló lehetőséget nyújthat a figyelmi gátlás hatékonyságának jellemzésére a figyelmi funkciók károsodásához köthető betegségekben.
Eredményeink másik potenciálisan fontos alkalmazási területe a gépi látás. Az elmúlt évek kutatásai során kiderült, hogy a mesterséges látórendszerekben nagy kihívást jelent a fontos információ kiemelésének és a lényegtelen információ kiszűrésének megvalósítása. Az adaptív figyelmi gátlás folyamataival kapcsolatos eredményeink algoritmikus implementációja segítheti olyan mesterséges látórendszerek fejlesztését, melyek képesek a vizuális input hatékony, specifikus feladathoz igazodó szűrésére.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A célirányos, aktív információkinyerés képessége elengedhetetlen feltétele annak, hogy az ember hatékonyan tudjon tájékozódni és kölcsönhatásba lépni környezetével. Egyre ingergazdagabb világunkban az irreleváns információ kiszűrése különös fontossággal bír. Továbbá, a legújabb kutatási eredmények szerint a figyelmi gátlás – azaz a lényegtelen, zavaró információ kiszűréséért felelős agyi folyamatok - károsodása kimutatható a figyelemhiányos hiperaktivitás-zavar (ADHD), a diszlexia, valamint a normál és kóros kognitív öregedés során egyaránt. Azonban, kiemelkedő elméleti és klinikai jelentősége ellenére ismereteink a figyelmi gátlás agyi hátterével kapcsolatban nagyon hiányosak.
Kutatásainkkal számos, a figyelmi gátlás agyi hátterével kapcsolatos kulcsfontosságú, máig tisztázatlan kérdést kívánunk vizsgálni a legkorszerűbb, nem invazív idegtudományos módszerekkel. Például azt, hogy hogyan történik a lényegtelen információ feldolgozásának gátlása a látásért felelős agyi területeken. Mi a szerepe a figyelmi gátlásnak az amblyopiában? Hogyan valósul meg a figyelmi gátlás az agyban természetes megfigyelés közben és hogyan károsodik diszlexiában?
Kutatásaink eredményei jelentősen hozzájárulhatnak a vizuális figyelmi gátlás ép és kóros agyi folyamatainak megértéséhez. Az új ismeretek például alapjául szolgálhatnak az amblyopiában tapasztalható látásproblémák vagy a diszlexia fő tünete, az olvasási nehézség enyhítésére alkalmas új, az eddigieknél hatékonyabb kognitív tréningprogramok kidolgozásának.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The general objective of the proposed research is to provide critically important new knowledge regarding the neural processes of attentional inhibition as well as the way they are affected in dyslexia and amblyopia. Specific aims:
1. The neural mechanisms of attentional inhibition. According to the generally accepted Biased Competition model of attention, distractor suppression is achieved via biasing the inherent mutual inhibition between the competing sensory representations. To test this claim, we will investigate the hypothesis that increasing competition between the relevant and irrelevant object representations leads to stronger and more selective attentional distractor inhibition
2. Attentional inhibition during natural viewing. How attentional inhibition processes implemented by the brain during natural viewing has not been investigated before. We will test the hypothesis that efficient attentional inhibition is a prerequisite for good reading skills and it will be reflected in the increased alpha-band oscillations, involved in functional inhibition of cortical regions representing the irrelevant part of the text. Our research will involve both control and dyslexic young adults.
3. The role of attentional inhibition in amblyopia. Amblyopia is a developmental visual disorder, which is characterized by the degradation of vision in one eye and It is thought to be the result of strong interocular suppression of the amblyopic eye. We will test the hypothesis that the strong one-sided interocular inhibition observed in amblyopia to a large extent can be accounted by a highly elevated attentional inhibition of the visual input originating from the amblyopic eye.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Goal oriented active information acquisition provides the basis of efficient interactions between humans and their environment. Therefore, when operating in a rich and complex world, it is essential to be able to suppress distracting information. Furthermore, growing body of experimental results suggests that impairment of attentional inhibition – the process by which representation of irrelevant sensory information is suppressed– is a core component of the cognitive deficits found in ADHD, dyslexia as well as in cognitive aging.
However, in spite of its paramount theoretical and clinical importance, our knowledge regarding the brain processes underlying efficient inhibition of the irrelevant sensory information is still very limited. Our research will address the several key questions related to attentional inhibition. How do competitive interactions between sensory representations contribute to attentional inhibition? How can the proposed functional role of alpha oscillations be integrated with existing theories of visual attention? How abnormal attentional inhibitory processes contribute to the visual impairments found in amblyopia? How does attentional inhibition operate during natural viewing; is it impaired in dyslexia?
We have chosen visual attention as a model for the investigation of attentional inhibition, since our knowledge about the neural basis of sensory information processing is most advanced in case of the visual modality. Furthermore, the growing evidence supporting the central role of visual cortical alpha oscillations in gating of incoming visual information provides an exciting new perspective on research of attentional inhibition.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The results obtained in the proposed research using a multimodal research approach - involving state of the art cognitive neuroscience methods, e.g. high speed eye tracking, single trial EEG analysis - will clarify important unresolved questions concerning the neural basis of attentional inhibition during passive visual stimulation as well as under natural viewing conditions. The novel experimental approach we developed to study attentional selection in natural viewing will open a new perspective in the research of the neural basis of visual attention by paving the way for studies directed to understanding how attention operates in real-life circumstances.
The result of the proposed research will have important clinical implications as well. First, our research will uncover the role of attentional inhibition in the strong, one-sided interocular suppression of the visual input originating from the amblyopic eye, which represents the major cause of the visual impairments in amblyopia. This way, our findings will help the development of more efficient training programs targeting visual deficits in amblyopia. Second, our research on dyslexic adults would provide the first evidence for the impairment of attentional inhibition processes, involving alpha band oscillations in dyslexia. In fact, diminished lateralization of the occipito-parietal alpha band oscillations in dyslexics might prove to be a simple and efficient EEG biomarker for the detection and characterization of the attentional selection impairments in dyslexia. The developed new methodological approach will open the way for future research to investigate the efficacy of attentional inhibition in other clinical conditions as well, such as ADHD, normal and pathological cognitive aging.
Another potentially important application area is machine vision. Implementing the selection of useful and suppression of irrelevant information in computer vision systems turned out to be an extremely challenging task. Therefore, algorithmic implementation of our results on the mechanisms of distractor inhibition could aid the development of computer vision systems which are capable to efficiently exclude irrelevant visual information in specific task conditions.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Goal oriented active information acquisition provides the basis of efficient interactions between humans and their environment. Therefore, when operating in a rich and complex world, it is essential to be able to suppress irrelevant, distracting information. Furthermore, growing body of scientific evidence suggests that impairment of attentional inhibition – the process by which representation of irrelevant sensory information is suppressed – is a core component of the cognitive deficits found in Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD), dyslexia as well as in normal and pathological cognitive aging. However, in spite of its paramount theoretical and clinical importance, our knowledge regarding the brain processes underlying efficient inhibition of the irrelevant sensory information is still very limited.
In our research we will use state of the art human non-invasive brain research methods, such as human electrophysiology, high-speed eye tracking to be able to address the following unresolved key questions related to the brain mechanisms of attentional inhibition. Do brain oscillations play a central role in attentional inhibition? How does attentional inhibition operate during natural viewing; is it impaired in dyslexia? How abnormal attentional inhibition processes contribute to the visual impairment in amblyopia?
The results of our research are expected to have a major impact on the research of visual attentional functions in health and disease. For example, they could help the development of training programs targeting visual deficits in amblyopia as well as reading impairments in dyslexia.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
