Body-brain interactions in visual perception

Abstract

A respiração é mais do que simplesmente um sinal vital. Está profundamente ligada à atividade cerebral, processamento sensorial e função cognitiva.Estudos sobre a sincronia de oscilações cerebrais com a respiração sugerem que a atividade respiratória é modulada para melhorar a perceção.Nesta dissertação, propus-me a estudar a interação entre a atividade respiratória e a perceção visual numa tentativa de compreender melhor tais interações. Para isso, desenhei uma tarefa de discriminação visual onde os participantes distinguiam entre duas categorias de estímulos e um aviso sonoro soava alguns segundos antes da apresentação do estímulo visual. As imagens dos estímulos visuais foram apresentadas por um período de tempo muito breve e imediatamente seguidas de uma máscara, utilizando um método de visual backward masking, para que os estímulos fossem difíceis de identificar, exigindo uma grande concentração. Durante a recolha dos dados, medimos vários sinais fisiológicos, incluindo, obviamente, a respiração.Conjeturei que: a atividade respiratória é modulada por uma antecipação atenta entre aviso sonoro e o estímulo visual e também pela apresentação do estímulo visual; a fase do ciclo respiratório tem impacto na magnitude da modulação respiratória antes do estímulo visual surgir; essa modulação ocorre no sentido de melhorar o processamento visual. Os meus resultados revelaram que a duração do ciclo respiratório foi modulada pela apresentação dos estímulos visuais (a respiração abrandou após a apresentação do estímulo visual), mas não foi modulada pelo som de alerta. No entanto, a fase do ciclo respiratório no momento do estímulo não afetou a modulação da duração do ciclo respiratório. Em relação ao desempenho na tarefa, houve uma melhoria significativa a cada run, mas que não pode ser prevista pela modulação do ciclo respiratório. Adicionalmente, o desempenho na tarefa não foi previsto pela fase de respiração nos momentos do som de alerta ou dos estímulos visuais. Além disso, observei que uma maior taxa respiratória durante o aviso sonoro leva a um melhor desempenho.Concluí que: os participantes tendem a abrandar a respiração com a exibição de estímulos visuais, talvez para melhorar o processamento visual; uma respiração mais rápida no som de alerta poderá melhorar o desempenho. Alguns resultados contrariaram observações apresentadas em estudos anteriores, como a ausência de efeito da fase do ciclo respiratório, o que pode dever-se a diferenças no esboço experimental. De forma geral, as conclusões a que cheguei confirmam que a respiração é modulada durante tarefas cognitivas e oferecem uma base favorável para investigações futuras.

Respiration is much more than a vital sign of life. It is deeply connected to brain activity, sensory processing and cognitive function.Studies regarding the synchrony of brain oscillations with respiration have suggested that breathing activity is modulated in order to improve perception.In this dissertation, I aimed to study the interaction between breathing activity and visual perception in an attempt to better understand these interactions. I designed a visual discrimination task where participants had to distinguish between two categories of stimuli, with an auditory warning cue sounding a few seconds before visual stimulus display. The target stimuli images were presented for a very brief period of time and immediately followed by a mask, using a visual backward masking technique, so that the stimuli were harder to identify, requiring a great level of concentration. During data acquisition, we measured several physiological signals, including, obviously, respiration.I hypothesized that: breathing activity is modulated by attentive anticipation occurring between the warning cue and visual stimuli and by visual stimuli presentation; the phase of breathing cycle has an impact on the magnitude of pre-stimulus breathing modulation; this modulation happens in a way that enhances visual processing; breathing phase at the onset of the visual stimuli modulates visual discrimination abilities. My results revealed that duration of breathing cycle was modulated by the presentation of the visual stimuli (breathing slowed down after visual stimulus presentation) but was not modulated by the warning cue. However, phase of breathing cycle at stimulus onset did not affect modulation of breathing cycle duration. Regarding task performance, there was a significant improvement with each run, but the modulation of breathing cycle did not predict this performance. Additionally, breathing phase at the onset of the auditory cue or at the onset of the visual targets did not predict task performance. Besides this, I found that a faster breathing rate during auditory cue tends to lead to a better accuracy. I concluded that: participants tend to decelerate respiration with visual stimuli display, perhaps in order to improve visual processing; a faster respiration in pre-stimulus anticipation might enhance accuracy. Some results contradicted observations presented in previous studies, like the absence of an impact from phase of breathing cycle, which could be due to differences in experimental design. Overall, the conclusions I have reached confirm that breathing is modulated during cognitive tasks and can be the blueprint for future investigations.