Corrispondenza migliorata dei dati del localizzatore del campo visivo fMRI dopo la corteccia

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14310 (2022) Citare questo articolo

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Lo studio del sistema visivo con la fMRI spesso richiede l'utilizzo di paradigmi di localizzazione per definire le regioni di interesse (ROI). Tuttavia, la considerevole variabilità interindividuale della corteccia cerebrale rappresenta un fattore di confondimento cruciale per le analisi a livello di gruppo. Le tecniche di allineamento basato sulla corteccia (CBA) riducono in modo affidabile la variabilità macroanatomica interindividuale. Tuttavia, la loro utilità non è stata valutata per i paradigmi di localizzazione del campo visivo, che mappano parti specifiche del campo visivo all’interno di aree visive organizzate retinotopicamente. Abbiamo valutato la CBA per un localizzatore del campo visivo potenziato dall'attenzione, mappando parti omologhe di ciascun quadrante visivo in 50 partecipanti. Abbiamo confrontato il CBA con l'allineamento basato sul volume e un'analisi basata sulla superficie, che non includeva l'allineamento macroanatomico. La CBA ha portato al maggiore aumento della probabilità di sovrapposizione di attivazione (fino all'86%). A livello di gruppo, la CBA ha portato all’aumento più consistente delle dimensioni del ROI preservando la simmetria del ROI verticale. Nel complesso, i nostri risultati indicano che oltre all’aumento del rapporto segnale-rumore di un’analisi basata sulla superficie, l’allineamento macroanatomico migliora considerevolmente la potenza statistica. Questi risultati confermano ed estendono l’utilità dell’ACB per lo studio del sistema visivo nel contesto delle gruppoanalisi. La CBA dovrebbe essere particolarmente rilevante quando si studiano i disturbi neuropsichiatrici con variabilità macroanatomica interindividuale anormalmente aumentata.

Il sistema visivo comprende una moltitudine di rappresentazioni topografiche di varia risoluzione in aree visive sempre più specializzate1. La risonanza magnetica funzionale (fMRI) offre una varietà di metodi per mappare completamente queste rappresentazioni topografiche o per localizzare aree visive specifiche o posizioni retinotopiche all'interno della loro topografia. Questi approcci sono essenziali non solo per lo studio approfondito delle proprietà fondamentali del sistema visivo1, ma anche per indagare il ruolo di queste aree per processi cognitivi di ordine superiore come l'attenzione visiva e la memoria di lavoro2,3,4,5,6 . Ciò si estende anche agli studi traslazionali sulla disfunzione visiva e sulle sue conseguenze cognitive nei disturbi neuropsichiatrici7,8.

I metodi per la mappatura visiva basata sulla fMRI, ovvero le tecniche per definire le regioni di interesse nel sistema visivo in base a specifiche proprietà funzionali, rientrano in tre grandi categorie: mappatura retinotopica, localizzatore del campo visivo e paradigmi del localizzatore funzionale. La mappatura retinotopica e la più avanzata mappatura del campo recettivo della popolazione (pRF) consentono la delineazione completa delle prime aree visive1,9,10. Al contrario, i paradigmi di localizzazione del campo visivo possono mappare una regione circoscritta all'interno di un'area visiva organizzata retinotopicamente11,12. Infine, i localizzatori funzionali possono rilevare aree visive di ordine superiore come l'area fusiforme del viso (FFA), l'area paraippocampale (PPA), l'area corporea extrastriata e il complesso occipitale laterale (LOC), che sono raggruppati e mostrano specializzazione per l'elaborazione di specifici categorie di informazioni visive complesse1,13,14. Nella maggior parte degli studi fMRI, l'elevata variabilità anatomica interindividuale delle aree corticali in termini sia di dimensione che di posizione costituisce una sfida importante15,16,17,18,19,20,21,22,23. Ad esempio, è stato dimostrato che la dimensione della corteccia visiva primaria (V1) può variare di circa il doppio da un individuo all'altro17. Inoltre, è stato dimostrato che la variabilità anatomica in termini di localizzazione è particolarmente pronunciata nelle aree visive extrastriate24. Questo fattore di confusione cruciale riduce la capacità di mappare in modo affidabile le aree visive a livello di gruppo.

Un modo per mitigare questo problema è quello di raggruppare le regioni di interesse (ROI) di un singolo soggetto, utilizzando contemporaneamente la probabilità complessiva basata sul gruppo per quella ROI in ciascun punto in un sistema di coordinate cartesiane come vincolo25,26,27. Sebbene tale analisi basata su un singolo soggetto migliori la sensibilità e la risoluzione funzionale rispetto a un approccio standard basato su gruppi, in realtà non riduce la variabilità macroanatomica. Inoltre, studiare l'interazione tra le aree visive e altre aree corticali più direttamente coinvolte nei processi cognitivi di ordine superiore con metodi che coinvolgono l'intero cervello come le analisi di rete connettomica funzionale28 potrebbe precludere una strategia basata su un singolo soggetto.