Dissociatie van predictie en aandacht in het brein: een gecombineerde TMS-EEG studie

Het brein registreert de omgeving niet op een *passieve* wijze, zoals
bijvoorbeeld een videocamera de omgeving registreert, maar is voortdurend bezig
voorspellingen te maken over wat er in de relevante toekomst zal gebeuren. Deze
voorspellingen beinvloeden in grote mate waar we kijken en wat we zien.
Het predictieve karakter van ons gedrag manifesteert zich op vele vlakken. Als
we een bal vangen, maken we bijvoorbeeld een voorspelling over hoe de bal zich
in de ruimte zal bewegen en passen we daar onze vangbeweging op aan. Tijdens
een gesprek proberen we vaak al te raden wat het volgende woord zal zijn dat
onze gesprekspartner zal zeggen, en wat we horen is vaak sterk beinvloed door
wat we verwachten te horen. Dit is een handige strategie, omdat het auditieve
signaal vaak ruizig is, en onze verwachtingen ons helpen om dit signaal te
disambigueren.

Hoewel predicties een belangrijke component van ons gedrag zijn, is de neurale
basis voor predictieve waarneming nog grotendeels onbekend. Een recente
hypothese stelt dat predicties in ons brein ge-implementeerd zijn door een
modulatie van terugwaartse (feedback) connecties tussen de relevante
hersengebieden.

In dit onderzoek willen we de hypothese toetsen dat de verwachting om een
bepaald percept te zien gepaard gaat met een grotere terugwaartse (feedback)
connectiviteit tussen hogere visuele gebieden die dit percept verwerken en
lagere visuele gebieden. Onze hypotheses zijn:

1) TMS over OFA (een hoger visueel gebied dat gezichten verwerkt) zal tijdens
de verwachting van een gezicht leiden tot een hogere activiteit in lagere
visuele gebieden (gemeten met EEG)
2) TMS over LOC (een hoger visueel gebied dat objecten verwerkt) zal tijdens de
verwachting van een object leiden tot een hogere activiteit in lagere visuele
gebieden (gemeten met EEG)
3) Deze effecten zullen sterker zijn als de subject aandacht heeft voor de
relevante dimensie; m.a.w., tijdens aandacht voor gezichten zal TMS over OFA
eveneens leiden tot hogere activiteit in lagere visuele gebieden

Deze studie is opgezet als een cross-over experiment met gezonde volwassen
proefpersonen.

We onderzoeken de rol van LOC en OFA tijdens de verwachting van visuele stimuli
van gezichten en objecten. Stimulatie van beide gebieden zal worden vergeleken
met vertex-stimulatie. We verwachten dat stimulatie van LOC en OFA zal leiden
tot grotere visuele ge-evokeerde potentialen tijdens de anticipatie van
respectievelijk objecten en gezichten. Dit effect is naar verwachting
onafhankelijk van de relevantie van de stimuli. Daarnaast verwachten we een
modulatie van de TMS-geinduceerde visuele ge-evokeerde potentialen als functie
van de relevantie: aandacht voor objecten/gezichten zal leiden tot een grotere
visuele activatie, onafhankelijk van de expectatie.
Proefpersonen zullen in totaal vier sessies komen - één sessie om de
anatomische scan van het brein te maken en de actieve motor-drempelwaarde te
bepalen, en één sessie voor ieder van de drie targets: LOC, OFA en de vertex.
Voorafgaand aan het experiment worden de proefpersonen gedetailleerd
geinformeerd over de studie en mogelijke risico*s. Proefpersonen worden
gescreend met behulp van een vragenlijst om hun geschiktheid voor deelname te
bepalen. Tijdens de eerste sessie gaat de proefpersoon de taak oefenen. Verder
wordt de actieve motor drempelwaarde (aMT) vastgesteld. De aMT is gedefinieerd
als de laagste TMS intensiteit die nodig is om een reproduceerbare en meetbare
(mbv electromyografie) spiercontractie te genereren in de first dorsal
interosseus (FDI) van de rechterhand. De aMT
geeft een indicatie van de exciteerbaarheid van het brein van de proefpersoon
en wordt naderhand gebruikt om de stimulatie-intensiteit in latere TMS sessies
te bepalen.
In sessies 2-4 gaat de proefpersoon de taak uitvoeren terwijl EEG gemeten wordt
en op gezette tijden een single pulse van 80% van de aMT over respectievelijk
de OFA, LOC en de vertex gegegeven wordt. De plaatsing van de spoel wordt
geleid door een BrainSight TMS-MRI coregistratie-systeem. Sessies 2, 3 en 4
zijn ten minste 7 dagen van elkaar verwijderd en worden gecounterbalanced over
de verschillende proefpersonen.

We gebruiken single-pulse TMS tijdens de anticipatoire fase van het experiment, en meten hersen-activiteit met behulp van EEG. Eerder onderzoek heeft de effectiviteit van deze studie-opzet aangetoond, met een lage intensiteit (80% van de aMT)(Morishima et al 2008).

De magneetvelden die gebruikt worden tijdens het experiment zijn van geringe
sterkte, van zeer korte duur en er is geen indicatie van een invloed op de
gezondheid bekend. Aangezien er gebruik gemaakt wordt van single-pulse TMS met
een lage (80% van de aMT) intensiteit, is de belasting en risico's
verwaarloosbaar.