Que partes do cérebro lidam com a visualização mental?
Respostas
A visualização parece fazer uso basicamente das mesmas áreas que a percepção visual - estas incluem áreas visuais, áreas relacionadas à atenção, áreas de associação superior e áreas pré-frontais dedicadas à cognição e à emoção.
“Os resultados documentam que as imagens visuais e a percepção visual se baseiam na maior parte do mesmo maquinário neural. “
Áreas do cérebro subjacentes a imagens mentais visuais e percepção visual: um estudo fMRI.
“O trabalho com imagens cerebrais demonstrou que as representações neurais de imagens mentais e perceptivas se assemelham umas às outras desde o córtex visual primário (V1). Os padrões de atividade em V1 codificam imagens mentais e imagens perceptivas por meio de um conjunto comum de recursos visuais representativos de baixo nível. “
Imagens mentais: mecanismos funcionais e aplicações clínicas
A vivacidade das imagens visuais parece depender de um subconjunto dessas regiões:
“A análise paramétrica da ativação cerebral em relação à vivacidade das imagens em todo o grupo de participantes revelou padrões distintos de correlação positiva e negativa. Em particular, várias regiões corticais posteriores mostram uma correlação positiva com a vivacidade das imagens: regiões do giro fusiforme , cingulado posterior e giros para-hipocampais (BAs 19, 29, 31 e 36) apresentaram correlações exclusivamente positivas. Em contraste, várias regiões frontais, incluindo partes do córtex cingulado anterior (BA 24) e giro frontal inferior (BAs 44 e 47), bem como a ínsula (BA 13), córtex auditivo (BA 41) e córtices visuais iniciais(BAs 17 e 18) apresentaram correlações exclusivamente negativas.”
Os correlatos neurais da vivacidade das imagens visuais - Um estudo fMRI e revisão da literatura
Eu amo a resposta simples de Yohan John . E farei uma explicação mais detalhada com base nisso.
Na verdade, existem muitos tipos de imaginação visual. Incluindo imaginação visual direta, imaginação de objetos em movimento e imaginação de si mesmo se movendo em uma cena.
Na verdade, existem muitos tipos de imaginação visual. Por exemplo, imagine diretamente a imaginação visual de uma imagem, a imaginação de objetos em movimento e a imaginação de si mesmo se movendo em uma cena. Eles envolvem diferentes áreas do cérebro.
O primeiro caso compartilha diretamente com o mesmo mecanismo de recuperação de uma imagem. O fluxo ventral codifica diretamente as informações de forma, tipo e cor do objeto. O hipocampo ativado pelo lobo frontal pode fazer diretamente fluxo ventral para ativar neurônios no córtex V1.
Os dois últimos casos envolvem mais áreas do cérebro e envolvem o mecanismo de atenção e movimento.
Duas das Minhas respostas antigas descreviam esses processos:
Que parte do cérebro é responsável quando algo "chama nossa atenção"?
Que partes do cérebro são usadas quando alguém cria uma imagem no cérebro a partir de uma combinação de imagens armazenadas como memórias e imaginação?
A seguir, copiarei o conteúdo principal dessas duas respostas:
"Que parte do cérebro é responsável quando algo 'chama nossa atenção'?"
Essa é uma questão complicada.
Atualmente, embora as pesquisas em neurociência tenham encontrado alguns processos grosseiros, muitos detalhes ainda não foram descritos.
(Esta foto é de 「Garota」/「Yomi Yanagi」[pixiv] )
Os diferentes tipos de células horizontais da retina recebem sinais de cones e bastonetes. Esses neurônios respondem respectivamente a características distintas do conteúdo visual, como a direção do movimento de um objeto, brilho ou tamanho.
A região central da retina é mais sensível às características de cor e forma, e a região equatorial da retina é mais sensível a objetos em movimento. Isso se baseia na distribuição de células cone na retina e na estrutura de interconexão entre os neurônios na retina.
(Esta foto é de Retina of the Eye )
Essas informações preliminares são transmitidas ao tálamo, que é classificado e misturado no processo [1] e eventualmente introduzido no córtex visual occipital.
A partir do córtex visual primário (V1), a informação visual entra no lobo temporal medial (MTL) e no córtex parietal posterior (PPC) através de dois fluxos.
No fluxo dorsal, as informações são processadas nas áreas V2 e V4 e passam para a área visual temporal média (MT).
Neurônios na área V4 recebem axônios da área V1. Segue um certo modo, entradas equivalentes a características visuais semelhantes do mesmo local no espaço visual eram mais propensas a se agrupar em espinhas vizinhas [2][3][4].
(Esta imagem é da Referência [4] )
Com base nisso, os neurônios da área V4 podem identificar gráficos e objetos específicos, a partir de objetos desorganizados. E então eles ativam a área visual temporal média (V5).
As informações passam diretamente pela área V2, ou da área visual temporal média (V5), e são finalmente coletadas no córtex parietal posterior (PPC). No processo, as informações são totalmente extraídas dos gráficos e organizadas conforme a descrição da ação [5][6].
Várias informações do fluxo dorsal são enviadas para o lobo pré-frontal, que ativa o hipocampo com base nessas informações e, em seguida, ativa todo o fluxo ventral [7].
O fluxo ventral é principalmente o lobo temporal medial (MTL), incluindo o hipocampo e o giro para-hipocampal.
Neurons in Medial temporal lobe (MTL) accepts information from V1 and V2 via Inferior longitudinal fasciculus and identifies selectively to images of faces, animals, objects or scenes [8]. Here the auditory objects are also converted into audio-visual concepts [9].
Then all the information is summarized into the prefrontal cortex again and the these process of Top-Down and Bottom-Up is repeated [10].
(This picture is from Reference[9] )
In this process, the prefrontal cortex and posterior parietal cortex will further issue commands to the motor cortex.
These commands enter the Premotor cortex(PMA) through the Motor thalamus, and circulate between the Motor thalamus and Premotor cortex again and again, during which they are regulated by the nucleus in Basal ganglia and the cerebellum[11].
Finally, it is transmitted to the muscles through the Motor cortex and the nucleus in Brainstem.
By above process, we continue to adjust our eyes follow the objects and pick up it, which we interest in (which are identified by the medial temporal lobes).
This is the process of an object "catches our eye".
In addition to the above mechanisms, there are many more detailed mechanisms that allow us to adjust our attention and movement more precisely[12].
References
[1] Liang L, Fratzl A, Goldey G, et al. A Fine-Scale Functional Logic to Convergence from Retina to Thalamus[J]. Cell, 2018, 173(6): 1343-1355. e24.
[2] Moran J, Desimone R. Selective attention gates visual processing in the extrastriate cortex[J]. Science, 1985, 229(4715): 782-784.
[3] Iacaruso M F, Gasler I T, Hofer S B. Synaptic organization of visual space in primary visual cortex[J]. Nature, 2017, 547(7664): 449.
[4] Rose T, Hübener M. Neurobiology: Synapses get together for vision[J]. Nature, 2017, 547(7664): 408.
[5] Orban G A. Visual processing in macaque area MT/V5 and its satellites (MSTd and MSTv)[M]//Extrastriate cortex in primates. Springer, Boston, MA, 1997: 359-434.
[6] Pho G, Goard M, Woodson J, et al. Task-Dependent Representations Of Stimulus And Choice In Mouse Parietal Cortex[J]. bioRxiv, 2017: 144592.
[7] Sehatpour P, Dias E C, Butler P D, et al. Impaired visual object processing across an occipital-frontal-hippocampal brain network in schizophrenia: an integrated neuroimaging study[J]. Archives of general psychiatry, 2010, 67(8): 772-782.
[8] Quiroga R Q, Reddy L, Kreiman G, et al. Invariant visual representation by single neurons in the human brain[J]. Nature, 2005, 435(7045): 1102.
[9] Gow Jr D W. The cortical organization of lexical knowledge: a dual lexicon model of spoken language processing[J]. Brain and language, 2012, 121(3): 273-288.
[10] Katsuki F, Constantinidis C. Bottom-up and top-down attention: different processes and overlapping neural systems[J]. The Neuroscientist, 2014, 20(5): 509-521.
[11] Bosch-Bouju C, Hyland B I, Parr-Brownlie L C. Motor thalamus integration of cortical, cerebellar and basal ganglia information: implications for normal and parkinsonian conditions[J]. Frontiers in computational neuroscience, 2013, 7: 163.
[12] Buschman T J, Miller E K. Top-down versus bottom-up control of attention in the prefrontal and posterior parietal cortices[J]. science, 2007, 315(5820): 1860-1862.
As Dr. Michael Soso has explained that imagining a static image is related to the function of the primary visual cortex [1].
But the answer is not as simple as this. In fact, in the process of visual imagination, the secondary visual cortex, the Medial temporal lobe, the Posterior parietal cortex, and the associative cortex both play a improtant role, and the whole brain participates.
I will add the detailed description of how the brain imagines a image.
(This picture is from 「Go home early」/「Inesora Ho」[pixiv] )
Before explaining the process of visual imagination, we need to review some of the process introduced in this answer: What part of the brain is responsible when something "catches our eye"? [2]
A brief summary:
The information that the eye feels, first enters the thalamus and then passes into the primary visual cortex. Starting from the primary visual cortex (V1), visual information enters the Medial temporal lobe (ventral stream) and posterior parietal cortex (dorsal stream) through two streams.
Before arriving at the posterior parietal cortex, the information in the dorsal stream is processed step by step through V2, V4, V5, etc.
Various information from the dorsal stream is sent to the prefrontal lobe, which activates the hippocampus based on those information and then activates the whole ventral stream.
Neurons in Medial temporal lobe accepts information from V1 and V2 via Inferior longitudinal fasciculus and identifies selectively to images of faces, animals, objects or scenes.
When looking at things, this process continues to loop so that we can identify the objects that need attention.
When absence of external stimuli such as closed eye memories or imagination, the mechanism by which the ventral stream actively recognizes the object is equivalent to inputting additional information to the primary visual cortex through the Inferior longitudinal fasciculus, so the continuous circulation of the process can make the image gradually clear in our primary visual cortex [3].
It is getting closer and closer to the images stored in the form of spatial positions between neurons in the Hippocampus and Parahippocampal gyrus [4].
These two processes can also be mixed, allowing us to turn our attention to something imaginary when we are awake.
In addition, auditory information can also participate in the construction of images by activating the hippocampus and the prefrontal lobes.
It is more complicated to imagine a moving image, which involves the connection between the premotor cortex, the associative cortex and the visual cortex.
In fact, visual motor imagination can be divided into two categories:
Object-based spatial transformation and Egocentric perspective transformation
More activation of the prefrontal cortex, the premotor cortex, and the lateral temporal lobe were found in the Egocentric perspective transformation rather then Object-based spatial transformation [5].
Combined with the previous discussion, this shows that the Object-based spatial transformation is more the change of the position of the image in the visual cortex space, which is more based on re-mobilizing the hippocampus to encode the position, while the role of the posterior parietal cortex and the prefrontal cortex is mainly regulates activation of different locations in the hippocampus through cyclic feedback.
And the Egocentric perspective transformation involves another mechanism: Efference copy [6]
When the brain makes a motion command, the prefrontal cortex and posterior parietal cortex will further issue commands to the motor cortex. These commands enter the Premotor cortex(PMA) through the Motor thalamus, and circulate between the Motor thalamus and Premotor cortex again and again, during which they are regulated by the nucleus in Basal ganglia and the cerebellum [7].
In this process, the associative cortex or Premotor cortex, while issuing commands to the motor cortex, also sends a Efference copy of the movement of self-body to the visual-related cortex to correct visual perception and keep it unaffected by body movements.
It may be through the posterior parietal cortex to the V2 or V4, or it may be directly to the V2 or V4, which need more research to reveal.
Sometimes the Supplementary motor area is also activated by the associative cortex and it inhibits the motor cortex[8], therefore, the action is not made, but the Efference copy of the movement of self-body is still sent to the visual cortex, and the phenomenon of Egocentric perspective transformation is appeared.
Combining all of the above mechanisms, now we could preliminarily explain how the imaginary images appear and move around in our minds.
References
[1] Kosslyn S M, Pascual-Leone A, Felician O, et al. The role of area 17 in visual imagery: convergent evidence from PET and rTMS[J]. Science, 1999, 284(5411): 167-170.
[2] What part of the brain is responsible when something "catches our eye"?
[3] Ji D, Wilson M A. Coordinated memory replay in the visual cortex and hippocampus during sleep[J]. Nature neuroscience, 2007, 10(1): 100.
[4] Theves S, Fernandez G, Doeller C F. The Hippocampus Encodes Distances in Multidimensional Feature Space[J]. Current Biology, 2019.
[5] David N, Bewernick B H, Cohen M X, et al. Neural representations of self versus other: visual-spatial perspective taking and agency in a virtual ball-tossing game[J]. Journal of cognitive neuroscience, 2006, 18(6): 898-910.
[6] What happens in our brain when we have mental conversations or when we can replay music mentally?
[7] Bosch-Bouju C, Hyland B I, Parr-Brownlie L C. Motor thalamus integration of cortical, cerebellar and basal ganglia information: implications for normal and parkinsonian conditions[J]. Frontiers in computational neuroscience, 2013, 7: 163.
[8] Kasess C H, Windischberger C, Cunnington R, et al. The suppressive influence of SMA on M1 in motor imagery revealed by fMRI and dynamic causal modeling[J]. Neuroimage, 2008, 40(2): 828-837.
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