Movimientos oculares y cambios perceptuales en estímulos biestables

Abstract

La percepción visual es una de las conductas más estudiadas por la neurociencia y aún nos falta conocer muchos de los mecanismos neuronales que la sustenta. Uno de los desafíos para entender esta conducta se relaciona con disociar la repuesta física a estímulos visuales, del proceso de construcción perceptual. Los estímulos visuales biestables, permiten el estudio de estos mecanismos, porque la percepción visual alterna entre dos estados sin que se modifique el estímulo físico. Esta es una de las herramientas disponibles para determinar a nivel funcional cómo nuestro cerebro selecciona un percepto por sobre otro. Estudios previos señalan que la reversión de estímulos biestables es un proceso que recluta múltiples cortezas y estructuras cerebrales. Asimismo, se han caracterizado ciertos marcadores electroencefalográficos tales como los cambios de poder en banda α y γ, entre otros. Estos marcadores podrían dar luces con respecto a cuando está ocurriendo el cambio perceptual. Actualmente, el reporte manual es el principal marcador utilizado para tener un correlato conductual autoreportado del cambio perceptual, sin embargo, es temporalmente impreciso, ya que el reporte presenta una variabilidad que no permite definir cuando sucede la reversión. Se ha sugerido que los movimientos oculares juegan un rol importante durante el proceso de reversión de un percepto en figuras biestables. En este trabajo, se propone que los movimientos oculares forman parte del mecanismo de cambio perceptual en estímulos biestables en seres humanos. Consecuentemente, estos actos motores podrían jugar un rol central en tareas de reversión perceptual en figuras que tienen más de una interpretación visual. El presente estudio se enfoca en determinar la participación de los movimientos oculares en los mecanismos de reversión de un percepto en estímulos biestables visuales, determinando la correlación temporal entre la sacada y las variaciones de poder de banda α. Se realizaron pruebas conductuales donde los participantes debían explorar 3 figuras biestables (cubo de Necker, Plaids y Structure from Motion) en condiciones de exploración libre o restricción del movimiento ocular, mientras se registraba su conducta ocular, el reporte del cambio perceptual por medio de una botonera y la actividad electroencefalográfica. Nuestros resultados indican que las sacadas ejecutadas entre 400 a 800 ms previos al reporte manual influirían en el proceso de transición perceptual en estímulos biestables. Asimismo, estas sacadas participarían en la modulación de la actividad neuronal, precediendo los cambios de poder de banda α. Además, la libertad de movimiento ocular no sería un factor determinante a la hora de experimentar una reversión, ya que solo basta con orientar la mirada hacia determinadas regiones de los estímulos. Finalmente, nuestros resultados confirman que los movimientos oculares se involucran de forma mecanística en el cambio perceptual visual en estímulos de múltiple interpretación. No obstante, nuestros resultados no indican causalidad entre eventos, por lo que los movimientos oculares participan en el cambio perceptual pero no lo gatillan. De esta manera, debemos considerar a los movimientos oculares como participantes activos en el proceso de cambio perceptual y que nos podrían ayudar a entender los procesos relacionados de cómo nuestro sistema visual puede alternar dos estados perceptuales provenientes de un mismo estímulo invariante.

Visual perception is one of the behaviors most studied by neuroscience, and we still need to know many of the neural mechanisms that sustain it. One of the challenges in understanding this behavior is related to dissociating the physical response to visual stimuli from the process of perceptual construction. Bistable visual stimuli allow the study of these mechanisms because visual perception alternates between two states without modifying the physical stimulus. This is one of the tools available to determine how our brain selects one percept over another at a functional level. Previous studies indicate that the reversal of bistable stimuli is a process that recruits multiple cerebral cortices and structures. Likewise, certain electroencephalographic markers have been characterized, such as power changes in the α and γ bands, among others. These markers could shed light on when the perceptual shift is occurring. Currently, manual reporting is the primary marker used to have a self-reported behavioral correlate of perceptual change. However, it is temporarily imprecise since the report presents a variability that does not define when the reversion occurs. It has been suggested that eye movements play an essential role during the reversal process of a percept in bistable figures. In this work, it is proposed that eye movements are part of the mechanism of perceptual change in bistable stimuli in humans. Consequently, these motor acts could play a central role in perceptual reversal tasks in figures with more than one visual interpretation. The present study focuses on determining the participation of eye movements in the reversal mechanisms of a percept in visual bistable stimuli, determining the temporal correlation between the saccade and the variations in the α band's power. Behavioral tests were carried out. The participants had to explore three bistable figures (Necker's cube, Plaids, and Structure from Motion) in conditions of free exploration or restriction of eye movement. Simultaneously, their ocular behavior was recorded, the report of perceptual change through button panel and electroencephalographic activity. Our results indicate that the saccades executed between 400 to 800 ms prior to manual reporting would influence the perceptual transition process in bistable stimuli. Likewise, these saccades would participate in the modulation of neuronal activity, preceding the α-band power changes. Furthermore, eye movement freedom would not be a determining factor when experiencing a reversal since it is enough to direct the gaze towards some areas of the stimuli. Finally, our results confirm that eye movements are mechanistically involved in visual perceptual change in multiple interpretations stimuli. However, our results do not indicate causality between events, so eye movements participate in perceptual change but do not trigger it. In this way, we must consider eye movements as active participants in perceptual change, which could help us understand the related processes of how our visual system can alternate two perceptual states from the same invariant stimulus.