The role of primary visual cortex in unconscious visual processing

Abstract

Lesion in primary visual cortex (V1) causes blindness in the visual field that is processed by the damaged area. Some patients with V1 lesion can unconsciously process the stimuli presented in their blind visual field. This kind of processing can be observed, for example, using a paradigm in which a patient is required to make a guess about the visual stimulus that he or she reports not seeing. If the accuracy of the responses is better than chance, it can be interpreted as unconscious processing, which is a measurable effect on behavior without conscious perception. This phenomenon of unconscious processing without V1 is commonly referred to as blindsight. The findings of unconscious processing without V1 in blindsight patients cannot be straightforwardly generalized to neurologically healthy people. Neural plasticity changes these patients’ brains; therefore, blindsight could be explained by these neural changes. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a method used to study the function of a cortical area in neurologically healthy people. With TMS, it is possible to interfere with the normal functioning of the brain. TMS of V1 can suppress the conscious perception of a visual stimulus. In this thesis, I studied whether the unconscious processing of visual stimuli is possible in neurologically healthy participants when the conscious perception of the stimulus is suppressed by TMS of V1. I found that both conscious and unconscious processing of visual information depend on V1 in neurologically healthy participants. Unconscious processing was observed only with the simplest task, in which participants responded to stimulus appearance. In this task, unconscious processing was observed only when the early activation of V1 was intact. The unconscious processing of chromaticity and motion was not observed when the stimulus was suppressed by TMS of V1. Therefore, I conclude that unconscious visual processing depends on V1 in neurologically healthy participants.

Aivovaurio primaarilla näköaivokuorella (V1) aiheuttaa sokeuden siihen osaan näkökenttää, jonka prosessoinnista vaurioitunut aivokuoren osa vastaa. Jotkut tällaisista primaarin näköaivokuoren vauriosta johtuvasta sokeudesta kärsivistä potilaista pystyvät kuitenkin tiedostamattomasti prosessoimaan visuaalisia ärsykkeitä, jotka on esitetty sokealle näkökentälle. Tällaista prosessointia voidaan mitata esimerkiksi pyytämällä koehenkilö esittämään paras arvaus visuaalisen ärsykkeestä, jota hän ei raportoi nähneensä. Mikäli vastaustarkkuus on arvaustodennäköisyyttä parempi, voidaan todeta, että visuaalinen ärsyke vaikutti henkilön käyttäytymiseen tiedostamattomalla tasolla. Tästä ilmiöstä käytetään yleisesti nimeä sokeanäkö. Neurologisilla potilailla tehdyistä havainnoista ei kuitenkaan voida suoraan tehdä päätelmiä, jotka yleistyisivät koskemaan kaikkia ihmisiä. Potilaiden aivoissa tapahtuu plastisiteetin vuoksi muutoksia, jotka voivat selittää näitä säästyneitä visuaalisia kykyjä. Transkraniaalisella magneettistimulaatiolla (TMS) voidaan tutkia neurologisesti terveiden koehenkilöiden aivojen osien funktioita, sillä TMS häiritsee hetkellisesti aivojen normaalia viestinvälitystä. Primaarille näköaivokuorelle kohdistetut TMS-pulssit häiritsevät tietoista näkemistä. Tässä tutkielmassa selvitin, onko tiedostamaton prosessointi mahdollista, kun ärsykkeen tietoista havaintoa on häiritty primaarin näköaivokuoren stimulaatiolla. Tutkimuksissamme havaitsimme, että sekä tietoinen että tiedostamaton näköinformaation prosessointi vaativat primaarin näköaivokuoren toimintaa neurologisesti terveillä. Tiedostamatonta näköinformaation prosessointia havaittiin ainoastaan yksinkertaisimmassa tehtävässä, jossa koehenkilö reagoi ärsykkeen ilmestymiseen. Silloinkin ainoastaan, kun aikaista prosessointia primaarilla näköaivokuorella ei häiritty. Liikkeen ja värin prosessointia mittaavissa kokeissa tiedostamatonta prosessointia V1-stimulaation aikana ei havaittu. Tiedostamaton näköinformaation prosessointi riippuu siis primaarin näköaivokuoren toiminnasta neurologisesti terveillä koehenkilöillä.