Class Notes (834,991)
Canada (508,850)
Psychology (1,556)
PSYC 330 (93)
Lecture 10

PSYC 330 - Lecture 10 - The Brain's Attentional Networks - March 25th 2014.docx

14 Pages
Unlock Document

PSYC 330
Richard Wright

PSYC 330 March 25 , 2014 Lecture Ten: The Brain’s Attentional Networks Attention and Brain Cells/Physiology of Attention Part I: Overview of Brain Structure Attention’s Critical Brain Areas: ­ Mid 1900s  ▯The ideas that  Reticular Activation System (RAS) is the brain’s primary  attention centre ­ It is now clear that attentional processing is mediated by a functional network of several  cortical and subcortical brain areas ­ Researchers in the 1970s began to study eye movements of monkeys • Using single­cell recording techniques to study brain areas thought to be  associated with eye movements (E.g. superior colliculus, frontal eye  fields, parietal cortex) • These researchers found neurons that show enhanced activation before and  during saccades  In each of these areas, they also found neurons that show enhanced  activation when attention shifted without an accompanying  saccade - They were associated with covert orienting independently  of eye movements ­ The development of functional neuroimaging techniques in the 1980s (PET) and 1990s  (fMRI) allowed researchers to confirm that these areas mediate shifts of visual attention  in humans ­ Ideas about the Nature of the Brain’s Attentional Networks • Posner and Petersen (1990)  ▯There are 3 different networks:  One for alerting  One of executive control  One for attentional orienting ­ Six of the Brain Areas thought to be a part of these Networks: • Reticular Activation System (RAS) • Superior Colliculus (SC) • Pulvinar • Occipital Lobe • Parietal Lobe • Frontal Lobe ­ The cortical areas (particularly parietal and frontal lobes) play a greater role in goal­ driven attention, and the subcortical areas (particularly the superior colliculus) play a  greater role in stimulus­driven attention ­ Monkey Studies • Refers to macaque monkeys (rhesus)  Reticular Activating System (RAS) ­ Area in the brain stem/midbrain PSYC 330 March 25 , 2014 ­ Primary control area for arousal ­ If damaged, arousal can lead to that of a comatose state ­ If over stimulated, animal can get into a state of hyper arousal Superior Colliculus (SC) ­ Area in the brain stem/midbrain ­ Control saccadic eye movements ­ It calibrates the saccadic eye movements by origin and Pulvinar (A Region of Thalamus) ­ Subcortical area ­ All sensory inputs pass through here besides smell on the way to the cortical areas Anterior Cingulate Cortex (ACC) ­ Stroop Effect ­ Flanker Interference ­ Focusing attention What have we learned about our brains from studying monkey brain (Macaque  Monkey)? ­ Through studying the brains of monkeys, we have discovered that eye movement has  close relationship with brain activity ­ Visual Cortex: Similar to humans in terms of structure and function of the occipital  lobe. ­ Temporal Lobe: Similar (homologous) to humans, except ours is bigger. ­ Parietal Lobe: Correlation between monkey’s brain and humans is not as great  compared to the occipital lobe. ­ Frontal Lobe: No correspondence between Monkey and Human. ­ Sub­Cortex: Evolutionary­speaking, it is the oldest part of our brains (more like  monkey brain) ­ Human IPS and Monkey Lateral Intraparietal Sulcus (LIP) ▯  possibly homologous  and may play a role in attentional orienting • Studies of single­cell recordings  ▯LIP neurons are enhanced when  attention was directed to locations associated with their receptive fields • The attentional processing carried out by this area is not specific to the  visual sensory modality • Microstimulation of monkey LIP neurons also appear to evoke shifts of  attention  ▯indicated by reduced target detection times in an experiment  involving direction location cueing)  Monkey LIP neurons appear to play a role in voluntary orienting of  attention to a particular location  Results of several studies indicate that human IPS shows a pattern  of activation similar to monkey LIP • PET and fMRI imaging ▯  sustained activation of IPS when observers  voluntarily paid attention to peripheral stimuli, with or without concurrent  eye movements PSYC 330 March 25 , 2014 • It appears that voluntary attention shifts results in IPS activation that is  bilateral and dissociated with from visual or motor control responses • When human parietal lesions are centered on the IPS ▯  voluntary attention  shifts can be impaired  ­ Human TPJ/Monkey Area 7a • Neurons in the TPJ are activated during the performance of location  cueing tasks • The pattern for activation  ▯TPJ plays a different role in the mediation of  covert orienting that the IPS • Results: Unlike the IPS, when subjects perform a target detection task  involving location cueing, TPJ activation is not enhanced during the  temporal period between cue and target presentation   Its activation is delayed until the target is detected   This activation is lateralized in the right hemisphere  When attentional orienting tasks are performed  ▯TPJ activation is  more likely to occur when  - The target is at an unattended, unexpected location  - When it is relevant to the task • Area 7a neurons showed spatially­specific enhanced responses for  unattended stimuli (similar to that of Human TPJ results) • TPJ activation appears to play a greater role in processing of targets after  their onset than in shifting attention to their expected locations prior to  onset Part II: Subcortical Attentional Processing Subcortical Attentional Processes ­ Several subcortical areas play a role in attention ­ One of them is the Reticular Activating System (RAS) • Located in the brainstem below the Superior Colliculus (SC) • Its outputs project diffusely to many regions of the brain • The RAS is critically involved in the control of overall arousal and  attention (Theorists in the mid 20  century believed was in control of  attentional processing) • RAS neurons are characterized by the type of neurotransmitter they are  associated with (neurotransmitters are chemicals that take nerve signal  across the synaptic gap between a sending and a receiving neuron) • Several neurotransmitter systems appear to play a role in involved in  reorienting attention   Acetylcholine: Appears to specifically involved in reorienting  attention from the location of an invalid cue to that of the target  Norepinephrine: Appears to be involved in alerting PSYC 330 March 25 , 2014  Dopamine and Serotonin: Two other neurotransmitters involved  in attentional processing - Dopamine appears to play a critical role in regulating areas  of the frontal lobe associated with voluntary control of  attentional processing - Serotonin is involved in arousal and alerting but, unlike  norepinephrine, serotonin production appears to decrease  when attention is shifted to new objects  o Each of these neurotransmitters appears to play a  different but complementary role in the mediation  of attentional processing ­ Superior Colliculus (SC) • Another attentional­related area, the superior colliculus plays a role in the  localization of visual stimuli, the control of saccades, and stimulus­driven  attention shifts to stimuli in visual space • Human superior collicular in involvement in attention shifts and eye  movements has been conducted  • Brain area is too deep to be studied effectively with electrophysiological  methods (E.g. ERP, MEG) or Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) • Superior Colliculus is also difficult to study with fMRI because of its  small size, deep location, and proximity to pulsating vascular structures • The attentional function of the superior colliculus is also difficult to study  with fMRI because of its small size, deep location, and proximity to  pulsating vascular structures • The results of single­cell recording studies indicate that neurons in the  superficial layers of the superior colliculus respond to transient and  moving visual stimuli  They also appear to be involved in mediating shifts of visual  attention  Monkeys were trained to make saccades to peripheral visual  targets, and also to shift their attention to the targets without  making an accompanying eye movement  While the task was being performed, the experimenters measured  the activity of superficial layer superior colliculus cells - It was found that some of these cells were very active prior  to and during saccades and attention shifts to targets - The activity of some superficial layer cells also increased  when attention was shifted to the targets in the absence of  saccades - Some cells in the superior colliculus appear to play role in  attention shifts Results of Another Study  ­ Electrical stimulation of some superior colliculus neurons that was below the threshold  required to evoke a saccade still induced a shift of attention to the location corresponding  PSYC 330 March 25 , 2014 to the stimulated neuron’s receptive field when monkeys performed a visual motion  discrimination task ­ Findings:  • Microstimulation improved performance by causing attention to be  focused on a specific region in visual space without an accompanying  saccade  ▯ Superior Colliculus mediates shifts of attention • The results of lesion studies also indicate that the superior colliculus plays  a role in mediating attention shifts  Some early findings suggested that collicular lesions disrupt the  ability to locate targets  - Supported by later findings of that when superior colliculus  function is impaired by injection of GABA (chemical that  temporarily depresses neural activity in the region of the  injection), attentional filtering is disrupted - After the GABA injection, monkeys had difficulty making  target discrimination responses when more than one item  was present in the visual field  o Lesion studies provide evidence  ▯superior  colliculus plays an important role in determining  stimulus locations • The SC is also implicated in inhibition of return (IOR), but it is not the  only brain part that is involved   There is a good deal of converging evidence that IOR is mediated  by a network of brain areas Pulvinar Nucleus ­ The thalamus is an “egg­shaped” structure at the rostral end of the brainstem ­ Like the SC and the cortex, it contains maps of visual space ­ It also has reciprocal connections with all cortical regions ­ The high degree of interconnectivity with other brain areas make the thalamus uniquely  suited for: • Serving as a gateway that relays sensory inputs to the cortex for further  analysis • Receiving cortical inputs required to coordinate this process ­ Several sub regions of the thalamus appear to be involved in attentional processing • Some receive input from the RAS  ▯indicating that the thalamus plays a  role in the control of arousal • Its location between the peripheral sensory structures and their associated  cortical areas also suggests that the thalamus may act as an attentional  filter that selects a subset of sensory input to be relayed to the cortex  One area is called the Mediodorsal Nucleus (MDN) has prominent  reciprocal connections with the Prefrontal Cortex (PFC) and it may  play a critical “selective engagement” role in the analysis of  semantic properties of language PSYC 330 March 25 , 2014  The Lateral Genicular Nucleus (LGN) also appears to be involved  in selective attention Pulvinar ­ Located in the posterior of the thalamus, contains several retinotopic maps, and the  majority of its neurons are involved in visual processing ­ Pulvinar  ▯“ Cushion” because anatomically it covers much of the superior colliculus and  its axonal tract ­ Like the other regions of the thalamus, the pulvinar has reciprocal connections with  subcortical and cortical areas ­ Inputs from the SC  ▯project to the parietal lobe and other cortical areas via the pulvinar ­ Findings: • Growing body of data  ▯indicated the pulvinar’s role involving covert  orienting and attentional filtering • Results of Single­Cell Recordings of Neurons  Several areas of the monkey’s pulvinar play a role in selective  attention   Neural responses of these cells were enhanced when attention shift  and saccade targets were presented in their receptive fields  Key Point: The pulvinar plays a role in attentional selection of  visual stimuli ­ Results: • Neuroimaging studies  ▯involve healthy human subjects also indicating  that the pulvinar is involved in attentional selection • Subjects in one study performed a target identification task  ▯involving in  either responding to small target surrounded by small flanking distractors  or responding to large targets without flanking distractors  PET imaging  ▯there was stronger pulvinar activation when targets  were flanked by distractors  The pulvinar is involved in the mediation of attentional filtering   Study has been replicated with fMRI imaging  ▯again, the pulvinar  was more active (indicated by greater BOLD activation) when  subjects identified small targets flanked by distractors then when  they identified large targets without distractors   Neuroimaging and neural recording data  ▯consistent with the  proposal that the pulvinar plays a role in attention selection Summary of Subcortical Attention Processing ­ When attention shifts occur, a primary role of the SC us to select locations of abrupt­ onset stimuli and visual transients ­ The involvement of the SC in IOR  ▯suggests that it also marks locations in visual space ­ Lesions to this area disrupt attention shifts  ▯general slowing of responses, due to  reduces capacity to localize stimuli PSYC 330 March 25 , 2014 ­ The SC is involved primarily in stimulus­driven attention shifts  ▯due to its  phylogenetically older visual system (subcortical orienting mechanism) that is likely to  play a greater role in mediating stimulus­driven processing ­ The more recently evolved cortical orienting mechanisms are likely to play a greater  role in goal­driven (voluntary) attention shifts ­ Subcortical structure play important roles in attentional analysis ­ The neurotransmitter systems of the RAS are involved in the innervation of structures  that mediate covert orienting ­ The SC contains neurons that play a role in visual stimulus localization and calibration  of vectors of stimulus­driven attention shifts • These cells show enhanced activation when attention is shifted to locations  corresponding to their receptive fields •
More Less

Related notes for PSYC 330

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.