DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-68111-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507190
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Elisa Zamboni وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات الإدراك البصري والمعالجة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الآليات العصبية التي تكمن وراء استخراج الفرص التنقلية من البيئات البصرية الديناميكية. باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) ، ومغناطيسية الدماغ (MEG) ، واختبارات سلوكية ، تكشف الدراسة أن القشرة البصرية المبكرة الظهرية تلعب دورًا حاسمًا في معالجة الفرص التنقلية ، حيث تحدث بسرعة – في حوالي 110 مللي ثانية بعد بدء التحفيز – قبل مشاركة مناطق المشهد الانتقائية الأعلى. بينما تؤكد النتائج على مشاركة منطقة المكان القذالي في هذه العملية الترميزية ، تشير تحليلات الدماغ الكلي إلى أن القشرة البصرية المبكرة الظهرية هي الموقع القشري الرئيسي لاستخراج الفرص التنقلية.
بالإضافة إلى ذلك ، تفحص الدراسة تأثير مدة عرض التحفيز على قوة تمثيلات الفرص التنقلية. تشير النتائج إلى أن هذه التمثيلات تظهر من العروض القصيرة جدًا (33-66 مللي ثانية) لكنها تصبح أكثر قوة بشكل ملحوظ مع فترات أطول (أكثر من 132 مللي ثانية). بشكل جماعي ، تتحدى هذه النتائج النظريات الحالية بشأن المناطق القشرية الحرجة المعنية في ترميز الفرص التنقلية وتبرز قدرة الدماغ على استخراج المعلومات التنقلية ذات الصلة من المحفزات البصرية العابرة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم لنظام الرؤية البشري في التنقل عبر البيئات الديناميكية ، مع التركيز على المعالجة السريعة للمعلومات البصرية اللازمة للتنقل الفعال. تبرز أنه يمكن تحديد الخصائص الأساسية للمشهد في حوالي 50 مللي ثانية ، بينما يمكن أن تحدث التقييمات العالمية للمشهد ، مثل قابلية التنقل ، بشكل أسرع حتى حوالي 34 مللي ثانية. تم تحديد منطقة المكان القذالي (OPA) كمنطقة رئيسية معنية في ترميز الفرص التنقلية ، مع انحياز ملحوظ نحو المجال البصري السفلي ، مما يتماشى مع النماذج الحسابية التي تقترح أن المعلومات التنقلية يتم استخراجها بشكل أساسي من هذه المنطقة.
على الرغم من الدور الثابت لـ OPA ، تشير الورقة إلى النقاشات المستمرة بشأن تجانسها الوظيفي ووجود خرائط متعددة للمجال البصري داخلها. يهدف المؤلفون إلى توضيح مساهمات هذه الخرائط في ترميز الفرص التنقلية من خلال استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) ومغناطيسية الدماغ (MEG) لتحليل استجابات الدماغ لصور المشهد. تشير النتائج الأولية إلى أن القشرة البصرية المبكرة الظهرية (V1d/V2d/V3d) قد تكون أكثر أهمية للحسابات التنقلية من OPA ، مع ظهور تمثيلات الفرص في وقت مبكر يصل إلى 110 مللي ثانية بعد بدء التحفيز وتبقى عابرة. تؤكد البيانات السلوكية هذه النتائج ، مشيرة إلى أنه بينما يمكن اكتشاف الفرص التنقلية في أوقات عرض قصيرة جدًا (33-66 مللي ثانية) ، تصبح أكثر قوة في فترات أطول (132 مللي ثانية وما فوق).
طرق البحث
تم إجراء البحث وفقًا للإرشادات الأخلاقية المعتمدة من اللجان المعنية في جامعة يورك وجامعة إدنبرة. بالنسبة لتجارب fMRI و MEG ، تم تجنيد 14 مشاركًا (10 إناث) برؤية طبيعية أو مصححة إلى طبيعية ، بمتوسط عمر 24.43 عامًا (±4.85). شارك كل مشارك في حوالي ساعتين من جلسات fMRI وساعة واحدة من MEG في مركز تصوير الأعصاب في يورك.
بالإضافة إلى ذلك ، كانت تجربة سلوكية تركز على الفرص التنقلية تضم 72 مشاركًا (52 إناث) ، بمتوسط عمر 28.51 عامًا (±4.10). أكمل كل مشارك المهمة تحت شرط واحد ، مع 12 مشاركًا لكل شرط. قدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة وتلقوا تعويضًا ماليًا عن مشاركتهم في الدراسة.
النتائج
في هذا القسم ، يقدم المؤلفون نتائج من تحليلات fMRI و MEG التي تحقق في ترميز الفرص التنقلية في منطقة المكان القذالي (OPA). لقد نجحوا في تكرار الأعمال السابقة التي تظهر أن استجابات fMRI في OPA تتوافق مع مسارات الفرص التنقلية السلوكية ، مع ملاحظة ترميز ثنائي الجانب كبير (نصف الكرة الأيسر: $t(13)=6.14, p<0.001$؛ نصف الكرة الأيمن: $t(13)=2.77, p=0.015$). من الجدير بالذكر أن الترميز في نصف الكرة الأيسر استمر حتى بعد التحكم في الميزات البصرية منخفضة المستوى من V1 ، بينما لم يظهر نصف الكرة الأيمن نفس القوة. استكشف المؤلفون أيضًا مساهمات التقسيمات الشبكية داخل OPA ، حيث وجدوا أن المناطق ذات انحياز المجال البصري السفلي (LO1 و LO2) أظهرت ارتباطات أقوى مع ترميز الفرص التنقلية مقارنة بتلك التي تمثل المجالات البصرية العليا (V7). تم تقييم الديناميات الزمنية لترميز الفرص التنقلية باستخدام MEG ، مما يكشف عن نافذتين زمنيتين متميزتين من الارتباط الكبير مع RDMs الفرص التنقلية: قمة عابرة مبكرة حوالي 137 مللي ثانية وفترة مستدامة لاحقة بين 269-381 مللي ثانية بعد بدء التحفيز. أشار المؤلفون إلى أن القمة المبكرة ضعفت عند التحكم في المساهمات البصرية منخفضة المستوى ، بينما ظلت الفترة اللاحقة ذات دلالة. أشارت تحليلات دمج MEG-fMRI إلى أن الهيكل التمثيلي لاستجابات OPA يتماشى مع بيانات MEG خلال النوافذ الزمنية المبكرة (118 مللي ثانية و 246 مللي ثانية) واللاحقة (754-980 مللي ثانية) ، مع أدلة أضعف في نصف الكرة الأيمن. بشكل عام ، تؤكد هذه النتائج على الدور الدقيق لـ OPA في ترميز الفرص التنقلية ، سواء من الناحية المكانية عبر التقسيمات الشبكية أو الزمنية استجابةً للمحفزات البصرية.
المناقشة
في هذه الدراسة ، بحثنا في الديناميات الزمانية والمكانية لترميز الفرص التنقلية في القشرة البصرية البشرية ، مع التركيز على دور القشرة البصرية المبكرة الظهرية ومنطقة القذالي الزمني (OPA). باستخدام تحليل البحث عن الضوء على بيانات fMRI ، وجدنا ترميزًا كبيرًا للفرص التنقلية بشكل أساسي في القشرة البصرية المبكرة الظهرية عبر كلا نصفي الكرة الأرضية ، مع أدلة إضافية في OPA نصف الكرة الأيسر. من الجدير بالذكر أن الترميز القمة يتوافق مع المناطق V1d و V2d و V3d ، المرتبطة بتمثيل المجال البصري السفلي ، حيث تم ملاحظة معظم التباين في ترميز الفرص التنقلية. استبعدت تحليلاتنا التحيزات المحتملة في مسارات المسار التي قد تفسر اختلافات التوجه ، مما يعزز قوة نتائجنا.
كشفت التحليلات الزمنية باستخدام دمج MEG-fMRI عن أدلة قوية لترميز الفرص التنقلية ضمن نافذتين زمنيتين رئيسيتين ، حوالي 110 مللي ثانية و 400 مللي ثانية بعد بدء التحفيز. أشارت تحليلات الشيوع إلى أن التباين الفريد المنسوب إلى الفرص التنقلية ظهر بشكل أساسي خلال الـ 500 مللي ثانية الأولى من عرض التحفيز. أظهرت التجارب السلوكية أن تحديد المسار الفعال يمكن تحقيقه مع عروض تحفيزية قصيرة ، مع ظهور تمثيلات قوية في حوالي 132 مللي ثانية. وهذا يشير إلى أن النظام البصري قادر على استخراج المعلومات التنقلية ذات الصلة بسرعة ، على الرغم من أن المهام الأكثر تعقيدًا قد تتطلب أوقات تعرض أطول. بشكل عام ، تسلط نتائجنا الضوء على الدور الحاسم للقشرة البصرية المبكرة الظهرية في ترميز الفرص التنقلية وتقترح أن استخراج المسار الفعال يمكن أن يحدث بسرعة ، مع تداعيات لفهم المعالجة البصرية في التنقل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-68111-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507190
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Elisa Zamboni et al.
Primary Topic: Visual perception and processing mechanisms
Overview
This research investigates the neural mechanisms underlying the extraction of navigational affordances from dynamic visual environments. Utilizing functional magnetic resonance imaging (fMRI), magnetoencephalography (MEG), and behavioral testing, the study reveals that the dorsal early visual cortex plays a crucial role in processing navigational affordances, occurring rapidly—within approximately 110 milliseconds after stimulus onset—before the involvement of higher-level scene-selective regions. While the findings confirm the participation of the occipital place area in this coding process, whole-brain analyses suggest that the dorsal early visual cortex is the primary cortical locus for navigational affordance extraction.
Additionally, the study examines the impact of stimulus presentation duration on the strength of navigational affordance representations. Results indicate that these representations emerge from very brief presentations (33-66 milliseconds) but become significantly more robust with longer durations (greater than 132 milliseconds). Collectively, these findings challenge existing theories regarding the critical cortical areas involved in navigational affordance coding and highlight the brain’s capacity to extract relevant navigational information from fleeting visual stimuli.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical role of the human visual system in navigating dynamic environments, emphasizing the rapid processing of visual information necessary for effective navigation. It highlights that basic scene characteristics can be identified in approximately 50 milliseconds, while global scene assessments, such as navigability, can occur even faster, around 34 milliseconds. The Occipital Place Area (OPA) is identified as a key region involved in coding navigational affordances, with a noted bias towards the lower visual field, which aligns with computational models suggesting that navigational information is predominantly extracted from this area.
Despite the established role of OPA, the paper points out ongoing debates regarding its functional homogeneity and the presence of multiple visual field maps within it. The authors aim to clarify the contributions of these maps to navigational affordance coding by employing functional magnetic resonance imaging (fMRI) and Magnetoencephalography (MEG) to analyze brain responses to scene images. Preliminary findings suggest that the dorsal early visual cortex (V1d/V2d/V3d) may be more critical for navigational computations than OPA, with affordance representations emerging as early as 110 milliseconds post stimulus onset and remaining transient. Behavioral data corroborate these findings, indicating that while navigational affordances can be detected in very brief presentation times (33-66 ms), they become more robust at longer durations (132 ms and above).
Methods
The research was conducted following ethical guidelines approved by relevant committees at the University of York and the University of Edinburgh. For the fMRI and MEG experiments, 14 participants (10 female) with normal or corrected-to-normal vision, averaging 24.43 years of age (±4.85), were recruited. Each participant engaged in approximately 2 hours of fMRI sessions and 1 hour of MEG at the York Neuroimaging Centre.
In addition, a behavioral experiment focused on navigational affordance involved 72 participants (52 female), with a mean age of 28.51 years (±4.10). Each participant completed the task under a single condition, with 12 participants per condition. All participants provided informed consent and received monetary compensation for their involvement in the study.
Results
In this section, the authors present findings from fMRI and MEG analyses that investigate navigational affordance coding in the occipital place area (OPA). They successfully replicated previous work demonstrating that fMRI responses in OPA correlate with behavioral navigational affordance trajectories, with significant bilateral coding observed (left hemisphere: $t(13)=6.14, p<0.001$; right hemisphere: $t(13)=2.77, p=0.015$). Notably, the coding in the left hemisphere persisted even after controlling for low-level visual features from V1, while the right hemisphere did not show the same robustness. The authors also explored the contributions of retinotopic subdivisions within OPA, finding that regions with a lower visual field bias (LO1 and LO2) exhibited stronger correlations with navigational affordance coding compared to those representing upper visual fields (V7). Temporal dynamics of navigational affordance coding were assessed using MEG, revealing two distinct time windows of significant correlation with navigational affordance RDMs: an early transient peak around 137 ms and a later sustained period between 269-381 ms post-stimulus onset. The authors noted that the early peak weakened when controlling for low-level visual contributions, while the later period remained significant. MEG-fMRI fusion analyses indicated that the representational structure of OPA responses aligned with MEG data during early (118 ms and 246 ms) and later (754-980 ms) time windows, with weaker evidence in the right hemisphere. Overall, these findings underscore the nuanced role of OPA in coding navigational affordances, both spatially across retinotopic subdivisions and temporally in response to visual stimuli.
Discussion
In this study, we investigated the spatiotemporal dynamics of navigational affordance coding in human visual cortex, focusing on the role of dorsal early visual cortex and the occipitotemporal area (OPA). Utilizing a searchlight analysis on fMRI data, we found significant navigational affordance coding primarily in dorsal early visual cortex across both hemispheres, with additional evidence in the left hemisphere OPA. Notably, the peak coding corresponded to regions V1d, V2d, and V3d, which are associated with lower visual field representation, where most variance in navigational affordance coding was observed. Our analyses ruled out potential biases in path trajectories that could account for lateralization differences, reinforcing the robustness of our findings.
Temporal analyses using MEG-fMRI fusion revealed strong evidence for navigational affordance coding within two key time windows, approximately 110ms and 400ms post-stimulus onset. Commonality analyses indicated that unique variance attributable to navigational affordances emerged primarily during the initial 500ms of stimulus presentation. Behavioral experiments demonstrated that efficient route identification could be achieved with brief stimulus presentations, with robust representations emerging at around 132ms. This suggests that the visual system is capable of rapidly extracting relevant navigational information, although more complex tasks may require longer exposure times. Overall, our findings highlight the critical role of dorsal early visual cortex in navigational affordance coding and suggest that efficient route extraction can occur swiftly, with implications for understanding visual processing in navigation.