Spectral and Anatomical Patterns of Large-Scale Synchronization Predict Human Attentional Capacity
Pysyväisosoite
Lähdeviite
Rouhinen , S , Siebenhühner , F , Palva , J M & Palva , S 2020 , ' Spectral and Anatomical Patterns of Large-Scale Synchronization Predict Human Attentional Capacity ' , Cerebral Cortex , vol. 30 , no. 10 , pp. 5293-5308 . https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa110
| Julkaisun nimi: | Spectral and Anatomical Patterns of Large-Scale Synchronization Predict Human Attentional Capacity |
| Tekijä: | Rouhinen, Santeri; Siebenhühner, Felix; Palva, J. Matias; Palva, Satu |
| Tekijän organisaatio: | Neuroscience Center BioMag Laboratory Helsinki Institute of Life Science HiLIFE University of Helsinki HUS Medical Imaging Center Department of Diagnostics and Therapeutics Matias Palva / Principal Investigator |
| Päiväys: | 2020-10 |
| Kieli: | eng |
| Sivumäärä: | 16 |
| Kuuluu julkaisusarjaan: | Cerebral Cortex |
| ISSN: | 1047-3211 |
| DOI-tunniste: | https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa110 |
| URI: | http://hdl.handle.net/10138/330500 |
| Tiivistelmä: | The capacity of visual attention determines how many visual objects may be perceived at any moment. This capacity can be investigated with multiple object tracking (MOT) tasks, which have shown that it varies greatly between individuals. The neuronal mechanisms underlying capacity limits have remained poorly understood. Phase synchronization of cortical oscillations coordinates neuronal communication within the fronto-parietal attention network and between the visual regions during endogenous visual attention. We tested a hypothesis that attentional capacity is predicted by the strength of pretarget synchronization within attention-related cortical regions. We recorded cortical activity with magneto- and electroencephalography (M/EEG) while measuring attentional capacity with MOT tasks and identified large-scale synchronized networks from source-reconstructed M/EEG data. Individual attentional capacity was correlated with load-dependent strengthening of theta (3-8 Hz), alpha (8-10 Hz), and gamma-band (30-120 Hz) synchronization that connected the visual cortex with posterior parietal and prefrontal cortices. Individual memory capacity was also preceded by crossfrequency phase-phase and phase-amplitude coupling of alpha oscillation phase with beta and gamma oscillations. Our results show that good attentional capacity is preceded by efficient dynamic functional coupling and decoupling within brain regions and across frequencies, which may enable efficient communication and routing of information between sensory and attentional systems. |
| Avainsanat: |
3112 Neurosciences
attention capacity EEG MEG oscillation synchronization VISUAL WORKING-MEMORY SHORT-TERM-MEMORY NEURONAL OSCILLATIONS INDIVIDUAL-DIFFERENCES PHASE-SYNCHRONIZATION NEURAL MECHANISMS BRAIN NETWORKS TRACKING ALPHA PARIETAL attention capacity EEG MEG oscillation synchronization VISUAL WORKING-MEMORY SHORT-TERM-MEMORY NEURONAL OSCILLATIONS INDIVIDUAL-DIFFERENCES PHASE-SYNCHRONIZATION NEURAL MECHANISMS BRAIN NETWORKS TRACKING ALPHA PARIETAL |
| Vertaisarvioitu: | Kyllä |
| Pääsyrajoitteet: | openAccess |
| Rinnakkaistallennettu versio: | acceptedVersion |
Tiedostot
Latausmäärä yhteensä: Ladataan...
| Tiedosto(t) | Koko | Formaatti | Näytä |
|---|---|---|---|
| Rouhinen_et_al_2020_Cer_cor.pdf | 3.131MB | Avaa tiedosto |
Viite kuuluu kokoelmiin:
-
TUHAT-artikkelit [50287]
Samankaltaiset kohteet
Näytetään samankaltaiset kohteet (nimike, tekijä tai aihe).
-
(Helsingfors universitet, 2009)Current smartphones have a storage capacity of several gigabytes. More and more information is stored on mobile devices. To meet the challenge of information organization, we turn to desktop search. Users often possess multiple devices, and synchronize (subsets of) information between them. This makes file synchronization more important. This thesis presents Dessy, a desktop search and synchronization framework for mobile devices. Dessy uses desktop search techniques, such as indexing, query and index term stemming, and search relevance ranking. Dessy finds files by their content, metadata, and context information. For example, PDF files may be found by their author, subject, title, or text. EXIF data of JPEG files may be used in finding them. User–defined tags can be added to files to organize and retrieve them later. Retrieved files are ranked according to their relevance to the search query. The Dessy prototype uses the BM25 ranking function, used widely in information retrieval. Dessy provides an interface for locating files for both users and applications. Dessy is closely integrated with the Syxaw file synchronizer, which provides efficient file and metadata synchronization, optimizing network usage. Dessy supports synchronization of search results, individual files, and directory trees. It allows finding and synchronizing files that reside on remote computers, or the Internet. Dessy is designed to solve the problem of efficient mobile desktop search and synchronization, also supporting remote and Internet search. Remote searches may be carried out offline using a downloaded index, or while connected to the remote machine on a weak network. To secure user data, transmissions between the Dessy client and server are encrypted using symmetric encryption. Symmetric encryption keys are exchanged with RSA key exchange. Dessy emphasizes extensibility. Also the cryptography can be extended. Users may tag their files with context tags and control custom file metadata. Adding new indexed file types, metadata fields, ranking methods, and index types is easy. Finding files is done with virtual directories, which are views into the user's files, browseable by regular file managers. On mobile devices, the Dessy GUI provides easy access to the search and synchronization system. This thesis includes results of Dessy synchronization and search experiments, including power usage measurements. Finally, Dessy has been designed with mobility and device constraints in mind. It requires only MIDP 2.0 Mobile Java with FileConnection support, and Java 1.5 on desktop machines.
-
(INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, 2010)
-
(Helsingin yliopisto, 2018)Tavoitteet: Tutkin aivojen synkronia post-traumaattisen stressireaktiosta (PTSD: post-traumatic stress disorder engl.) kärsivillä potilailla fMRI neuroterapian aikana (rt-fMRI NF: real time fMRI neurofeedback engl.). Tutkimuksessa käytimme koehenkilöiden välistä kovarianssia (ISC: inter-subject covariance engl.) havainnollistaaksemme suoraa ärsyke-vaste suhdetta, mihin esimerkiksi GLM-analyysit eivät pysty. ISC-metodia ei ole aikaisemmin käytetty vastaavanlaisessa tutkimuksessa. Tämän lisäksi, vain kaksi julkaistua artikkelia on soveltanut vastaavanlaista metodia kliinisessä populaatiossa. Tutkimuksen avulla saavutettiin uutta tietoa aivojen synkronista, mikä voi auttaa ymmärtämään PTSD:n psykopatologiaa sekä fMRI neuroterapian vaikutuksia. Menetelmät: Tutkimuksessa käytämme aineistoa, jota on käytetty kolmeen aikaisempaan julkaisuun. Aineistossa koehenkilöt (kontrolli=24, PTSD=9) opettelevat säätelemään anteriorisen pihtipoimun (ACC: anterior cingulate cortex engl.) aktivaatiota fMRI neuroterapian avulla, käyttäen sosiaalista avatarta. Koehenkilöt kuvataan kolmena päivänä yhden viikon aikana, jotta neuroterapian vaikutusta voidaan tutkia. Tutkiaksemme koehenkilöiden välisten kovarianssi eroja ryhmien ja neuroterapian aikana, suoritimme 2x4 toistomittauksien varianssianalyysin. ROI-analyysissä (ROI:region of interest engl.) valitsimme ACC, mikä on myös neuroterapian kohdealue. Tämän lisäksi, tutkimme ISC koeryhmien välillä 3x4 toistomittaus varianssianalyysin avulla, toivoen löytävämme eroja synkroniassa ryhmien sisäisten ja välisten-ISC välillä. Tulokset: Havaitsimme kaiken kaikkiaan korkeamman ISC:n PTSD-ryhmällä kuin terveillä koehenkilöillä. ISC myös näytti laskevan lineaarisesti kokeen edetessä. 3x4 toistomittaus varianssianalyysi myös paljasti klusterin orbitofrontaali korteksilla, jossa ISC oli korkeampi ryhmien sisällä kuin ryhmien välillä. Johtopäätökset: ISC-analyysin avulla voimme havainnollistaa uudenlaisia yhteyksiä aivojen toiminnasta, mihin suosituimmat analyysimenetelmät eivät pysty. Tutkimuksemme esimerkiksi osoitti aivojen synkronian (ISC) käyttäytyvän erilaisesti kuin niiden aktivaatio (GLM) koehenkilöiden välillä. Tulokset osoittavatkin uudenlaisen tavan tehdä aivotutkimusta. Tutkimuksemme osoittaakin ISC-metodin soveltuvuuden nykyaikaisen aivokuvantamistutkimuksen osa-alueena. Lisää tutkimuksia kuitenkin tarvitaan, jotta pystymme tekemään johtopäätöksiä aivojen synkroniasta sekä ISC-metodista osana aivokuvantamista ja psykopatologiaa.
