Title (eng)
Decomposing of sustained and transient activity in dorsal and ventral frontoparietal attention systems
a fMRI data analysis of a vigilance task
Author
Ole-Jonas Böken
Advisor
Grega Repovš
Assessor
Grega Repovš
Abstract (deu)
Hintergrund: Die Fähigkeit die Aufmerksamkeit über einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten, wie in etwa beim Steuern eines Autos auf einer Autobahn wird Vigilanz genannt. Basierend auf früheren Studien gibt es zwei Systeme im Gehirn welche die Kontrolle von Aufmerksamkeit unterstützen: das bilaterale dorsale und das rechts-lateralisierte ventrale frontoparietale Aufmerksamkeitssystem. Das dorsale System wird durch top-down Aufmerksamkeit aktiviert. D.h., wenn eine Person sich fokussiert und die Umgebung nach relevanten Stimuli absucht, basierend auf Zielen und Erwartungen. Das ventrale System wird durch bottom-up sensorische Stimuli aktiviert die Verhaltensrelevant sind und außerhalb des Fokus der Aufmerksamkeit erscheinen. Während der visuellen Suche, geht die Aktivität des dorsalen Systems mit der Unterdrückung der Aktivität des ventralen Systems einher. Ein Wechsel in der Aufmerksamkeit (bsp. eine Umorientierung in Richtung eines überraschend/plötzlich erscheinendes Stimulus), wird durch beide Systeme gesteuert. Aus früheren Studien geht hervor, dass anhaltende und transiente (vgl. „sustained“ und „transient“ activity) neuronale Aktivität mit unterschiedlichen Verarbeitungsmodi des Gehirns in Verbindung gebracht werden können. Task-bezogene, anhaltende Aktivität wird mit dem generellen Aufmerksamkeitsstatus assoziiert. Item-bezogene, transiente Aktivität wird mit der moment-zu-moment Verarbeitung von Stimuli verbunden. Methoden: Um die Rolle beider Aufmerksamkeitsnetzwerke näher zu untersuchen, wurden die fMRI-Daten von 23 Versuchspersonen die einen Vigilanz-Test mit zwei Schwierigkeitsgraden absolvierten, analysiert. Es wurde ein Mixed-Design verwendet um die separate Schätzung von anhaltender und transienter Aktivität von Gehirnregionen zu ermöglichen. Resultate: Die Resultate deuten darauf hin, dass anhaltende Aktivität in beiden Aufmerksamkeitssystemen während der Absolvierung des Vigilanz-Tests stattfindet (In leichter und schwieriger Version). Nur im TPJ (einer Kernregion des ventralen Systems) zeigte sich keine Task-bezogene Aktivität. Beide Aufmerksamkeitssysteme partizipierten in der Kontrolle der transienten Aktivität. Bedingt durch Limitationen der Studie, konnten keine Konklusionen darüber gemacht werden, ob transiente Aktivität in den Aufmerksamkeitssystemen durch die Schwierigkeit des Vigilanz-Tests beeinflusst wurde. In allen Konditionen und Verarbeitungsmodi konnte eine Lateralisierung zur rechten Hemisphäre seitens des ventralen Systems beobachtet werden. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass beide Systeme zusammenarbeiten um anhaltende und transiente Aufmerksamkeit zu steuern.
Abstract (eng)
Background: The ability to sustain attention over long time periods like while driving a car on the highway or controlling air traffic is called vigilance. According to previous findings, two systems in the brain support attentional control: a bilateral dorsal and a right lateralized ventral frontoparietal attentional system. The dorsal system gets activated during top-down (voluntary) attention, hence, if a person focuses and searches the environment for relevant stimuli, based on internal goals or expectations. The ventral system is mediated by bottom-up sensory-guided pull of attention, according to behaviorally relevant stimuli that appear outside of the focus of attention. During visual search, the activation of the dorsal system goes in line with a suppression of the ventral system and visual areas. Shifts of attention, such as reorienting towards suddenly appearing behaviorally stimuli, are mediated by both attentional systems. It has been proposed that sustained and transient neural activity refer to different neuronal processing pathways of the brain. Task-related, sustained activity is associated with the general attentional state. Item-related, transient activity refers to moment-to-moment processing of single stimuli. Methods: To investigate the role of the dorsal and the ventral frontopariteal attention systems in vigilance, 23 subjects performed a vigilance task with two difficulty levels while their brain activity was scanned using fMRI. A mixed design was used to enable separate estimation of sustained and transient activity of brain regions involved in task performance and processing task difficulty at different points in time. Results: The results indicated of both attentional systems during the task in both hard and easy version. Only the Temporparietal Junction, a core region of the ventral system, showed no sustained activation. Furthermore both attentional systems governed control of transient activity. Due to limitations it was, however, not possible to reach any firm conclusions as to whether transient responses in the attentional systems were influenced by the difficulty of the task. A lateralization to the right hemisphere was found in regions of the ventral attention systems in all conditions showing sustained and transient responses. Overall, the results should be interpreted with due caution. Nevertheless, they indicate that both attentional systems work in concert to sustain the attention during task performance and react transiently to single stimuli in the vigilance task.
Keywords (eng)
fMRIvigilancedorsal frontoparietal attention systemventral frontoparietal attention systemsustained activitytransient activity
Keywords (deu)
fMRTVigilanzdorsales frontoparietales Aufmerksamkeitssystemventrales frontales Aufmerksamkeitssystemanhaltende AktivierungTransiente Aktivierung
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1331305
rdau:P60550 (deu)
75 Seiten : Illustrationen
Number of pages
75
Study plan
Masterstudium Joint Degree Programme MEi :CogSci Cognitive Science
[UA]
[066]
[013]
Association (deu)
Title (eng)
Decomposing of sustained and transient activity in dorsal and ventral frontoparietal attention systems
a fMRI data analysis of a vigilance task
Author
Ole-Jonas Böken
Abstract (deu)
Hintergrund: Die Fähigkeit die Aufmerksamkeit über einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten, wie in etwa beim Steuern eines Autos auf einer Autobahn wird Vigilanz genannt. Basierend auf früheren Studien gibt es zwei Systeme im Gehirn welche die Kontrolle von Aufmerksamkeit unterstützen: das bilaterale dorsale und das rechts-lateralisierte ventrale frontoparietale Aufmerksamkeitssystem. Das dorsale System wird durch top-down Aufmerksamkeit aktiviert. D.h., wenn eine Person sich fokussiert und die Umgebung nach relevanten Stimuli absucht, basierend auf Zielen und Erwartungen. Das ventrale System wird durch bottom-up sensorische Stimuli aktiviert die Verhaltensrelevant sind und außerhalb des Fokus der Aufmerksamkeit erscheinen. Während der visuellen Suche, geht die Aktivität des dorsalen Systems mit der Unterdrückung der Aktivität des ventralen Systems einher. Ein Wechsel in der Aufmerksamkeit (bsp. eine Umorientierung in Richtung eines überraschend/plötzlich erscheinendes Stimulus), wird durch beide Systeme gesteuert. Aus früheren Studien geht hervor, dass anhaltende und transiente (vgl. „sustained“ und „transient“ activity) neuronale Aktivität mit unterschiedlichen Verarbeitungsmodi des Gehirns in Verbindung gebracht werden können. Task-bezogene, anhaltende Aktivität wird mit dem generellen Aufmerksamkeitsstatus assoziiert. Item-bezogene, transiente Aktivität wird mit der moment-zu-moment Verarbeitung von Stimuli verbunden. Methoden: Um die Rolle beider Aufmerksamkeitsnetzwerke näher zu untersuchen, wurden die fMRI-Daten von 23 Versuchspersonen die einen Vigilanz-Test mit zwei Schwierigkeitsgraden absolvierten, analysiert. Es wurde ein Mixed-Design verwendet um die separate Schätzung von anhaltender und transienter Aktivität von Gehirnregionen zu ermöglichen. Resultate: Die Resultate deuten darauf hin, dass anhaltende Aktivität in beiden Aufmerksamkeitssystemen während der Absolvierung des Vigilanz-Tests stattfindet (In leichter und schwieriger Version). Nur im TPJ (einer Kernregion des ventralen Systems) zeigte sich keine Task-bezogene Aktivität. Beide Aufmerksamkeitssysteme partizipierten in der Kontrolle der transienten Aktivität. Bedingt durch Limitationen der Studie, konnten keine Konklusionen darüber gemacht werden, ob transiente Aktivität in den Aufmerksamkeitssystemen durch die Schwierigkeit des Vigilanz-Tests beeinflusst wurde. In allen Konditionen und Verarbeitungsmodi konnte eine Lateralisierung zur rechten Hemisphäre seitens des ventralen Systems beobachtet werden. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass beide Systeme zusammenarbeiten um anhaltende und transiente Aufmerksamkeit zu steuern.
Abstract (eng)
Background: The ability to sustain attention over long time periods like while driving a car on the highway or controlling air traffic is called vigilance. According to previous findings, two systems in the brain support attentional control: a bilateral dorsal and a right lateralized ventral frontoparietal attentional system. The dorsal system gets activated during top-down (voluntary) attention, hence, if a person focuses and searches the environment for relevant stimuli, based on internal goals or expectations. The ventral system is mediated by bottom-up sensory-guided pull of attention, according to behaviorally relevant stimuli that appear outside of the focus of attention. During visual search, the activation of the dorsal system goes in line with a suppression of the ventral system and visual areas. Shifts of attention, such as reorienting towards suddenly appearing behaviorally stimuli, are mediated by both attentional systems. It has been proposed that sustained and transient neural activity refer to different neuronal processing pathways of the brain. Task-related, sustained activity is associated with the general attentional state. Item-related, transient activity refers to moment-to-moment processing of single stimuli. Methods: To investigate the role of the dorsal and the ventral frontopariteal attention systems in vigilance, 23 subjects performed a vigilance task with two difficulty levels while their brain activity was scanned using fMRI. A mixed design was used to enable separate estimation of sustained and transient activity of brain regions involved in task performance and processing task difficulty at different points in time. Results: The results indicated of both attentional systems during the task in both hard and easy version. Only the Temporparietal Junction, a core region of the ventral system, showed no sustained activation. Furthermore both attentional systems governed control of transient activity. Due to limitations it was, however, not possible to reach any firm conclusions as to whether transient responses in the attentional systems were influenced by the difficulty of the task. A lateralization to the right hemisphere was found in regions of the ventral attention systems in all conditions showing sustained and transient responses. Overall, the results should be interpreted with due caution. Nevertheless, they indicate that both attentional systems work in concert to sustain the attention during task performance and react transiently to single stimuli in the vigilance task.
Keywords (eng)
fMRIvigilancedorsal frontoparietal attention systemventral frontoparietal attention systemsustained activitytransient activity
Keywords (deu)
fMRTVigilanzdorsales frontoparietales Aufmerksamkeitssystemventrales frontales Aufmerksamkeitssystemanhaltende AktivierungTransiente Aktivierung
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1331306
Number of pages
75
Association (deu)
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