Jul 12, 2023
Familiarité du visage révélée par les mouvements oculaires de fixation et la fixation
Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 20178 (2022) Citer cet article 741 Accès 1 Citations 1 Altmetric Metrics détaille les potentiels liés aux événements (ERP) et l'inhibition oculomotrice (OMI) dans
Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20178 (2022) Citer cet article
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Les potentiels liés aux événements (ERP) et l'inhibition oculomotrice (OMI) en réponse aux transitoires visuels sont connus pour être sensibles aux propriétés du stimulus, à l'attention et aux attentes. Nous avons récemment découvert que l'OMI est également sensible à la familiarité des visages. En vision naturelle, la stimulation du cortex visuel est générée principalement par les saccades, et il a été récemment suggéré que les potentiels liés à la fixation (FRP) partagent des composants similaires avec les ERP. Ici, nous avons étudié si les FRP et l'inhibition des microsaccades (OMI) en visualisation libre sont sensibles à la familiarité du visage. Les observateurs ont librement regardé un diaporama de sept images faciales inconnues et d'une image familière présentées de manière aléatoire pendant des périodes de 4 secondes, avec plusieurs images par identité. Nous avons mesuré le N1 lié à la fixation occipitale par rapport à l'ampleur P1 ainsi que l'OMI associé déclenché par la fixation. Nous avons constaté que la moyenne N1-P1 était significativement plus petite et que l’OMI était plus courte pour le visage familier que pour n’importe lequel des sept visages inconnus. De plus, le P1 a été supprimé au fil des saccades pour les visages familiers mais pas pour les visages inconnus. Nos résultats mettent en évidence la sensibilité des FRP occipitaux aux propriétés de stimulus telles que la familiarité du visage et font progresser notre compréhension du processus d'intégration à travers les saccades successives de la vision naturelle.
Les études neurophysiologiques traditionnelles de la perception des objets sondent généralement le système visuel avec des stimuli flashés, pour imiter les transitoires de la vision naturelle induits par les saccades, en mesurant les potentiels liés aux événements (ERP). Plus récemment, les potentiels liés à la fixation (FRP) ont été utilisés pour étudier la vision dans des contextes plus naturels de vision libre, démontrant les avantages ainsi que les limites de cette méthode1. En général, ces études montrent des résultats cohérents avec les mesures liées à l'événement ; cependant, aucune de ces études n’est connue. Contrairement aux ERP traditionnels qui utilisaient des transitoires visuels brièvement flashés présentés dans le champ visuel central de l'observateur, dans les environnements naturels, la scène est analysée au fil du temps via des saccades suite à un aperçu périphérique.
Les preuves accumulées provenant d'études récentes en visualisation libre suggèrent que la réponse du cerveau à la suite d'une saccade, appelée potentiels liés à la fixation (FRP), présente des composants électrophysiologiques très similaires aux ERP. Par exemple, la réponse lambda occipitale liée à la saccade reflète le même traitement de l'information que le VEP P12 classique. Des études récentes qui ont examiné l'activité sélective du visage au niveau des électrodes temporo-occipitales latérales, N1703, ont révélé une négativité accrue pour les visages dans des conditions de vision libre4,5. Des résultats plus classiques ont été reproduits dans des conditions de visualisation libre, tels que le P300 centro-pariétal provoqué par la détection de cible lors d'une recherche visuelle6 et l'effet d'amorçage N400 lors d'une lecture naturelle7,8. La combinaison de mesures EEG et de suivi oculaire pour étudier la familiarité des visages nous a permis de croiser les mouvements oculaires et les changements électrophysiologiques au fil du temps, qui sont influencés par l'habituation et les connaissances antérieures.
Les microsaccades (MS) sont des saccades miniatures, d'une taille moyenne <0,5 dva, générées par l'activité neuronale du colliculus supérieur (SC)9,10. Ils surviennent lors de la fixation, à raison d'un ou deux par seconde. On sait que les microsaccades, ainsi que les saccades, sont momentanément inhibées (inhibition oculomotrice, OMI)11,12,13,14,15,16 par la présentation du stimulus, avec une latence de libération ultérieure affectée par les propriétés du stimulus, l'attention et les attentes. Alors que l’on sait que la saillance d’un stimulus, tel qu’un contraste élevé, raccourcit l’inhibition17, une inhibition prolongée a été observée en réponse à des déviants18. Bien que la plupart des études aient utilisé des stimuli flashés, nous avons récemment découvert des modèles d'inhibition similaires dans la visualisation libre en réponse à la saillance du stimulus19.
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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